Zorza polarna 24.03

 Zorza polarna dająca się zobaczyć w Polski jest niezbyt częstym zjawiskiem.  Z uchwyceniem fotograficznym jest trochę łatwiej. Ze względu na znaczną wysokość na jakiej pojawia się zjawisko, nawet jeśli obszar występowania nie przesunął się wyjątkowo na południe, to przy mocniejszych burzach magnetycznych szczyt zorzy jest teoretycznie widoczny nisko nad horyzontem. Jednak znaczna odległość i efekty osłabienia światła przez mgły i zanieczyszczenia powodują, że łunę zorzową trudno jest wyróżnić gołym okiem z rozjaśnienia dalekich świateł i zwykle nie widać żadnych struktur. Wtedy jednak fotografia z dłuższą ekspozycją i dobrą czułością ujawnia charakterystyczne kolory i struktury.

Gdy więc zaczęły się pojawiać informacje, że są warunki zorzowe (na przykład na blogu astronomicznym https://www.polskiastrobloger.pl/2023/03/gotowosc-zorzowa-24.03.2023.html ) wyczekiwałem, czy trafią się dobre warunki. Z tym było jednak słabo. Całą noc z 23 na 24 marca było u mnie pochmurnie. Tymczasem z innych regionów kraju ludzie donosili, że świetnie wygląda, ci znad morza, że nawet gołym okiem coś się da zauważyć.

Gdy przyszła kolejna noc sytuacja się zaczęła powtarzać. U mnie chmury a z reszty regionów doniesienia, że super, świetnie wygląda. Było mi z tym niezbyt wesoło. Nawet jak już położyłem się do łózka, czasem wstawałem aby zobaczyć czy dalej są chmury czy nie. I gdy około 3:30 zobaczyłem, że coś się przejaśnia, postanowiłem nie czekać, narzuciłem ubranie na piżamę i poleciałem na drogę, dalej od domu, gdzie nie przeszkadzały mi drzewa. Zdjęcie próbne. Jest!

Warunki do fotografowania nieba po północnej stronie mam niezłe. Od tej strony są już tylko łąki i pastwiska, dalej Bug, po drugiej stronie, na Białorusi kolejny pas łąk i lasów i najbliższe miejscowości są jakieś 5 km dalej. Łuna dalekich świateł nie jest więc duża i nie ma problemu z kontrastem. 

Patrząc gołym okiem widziałem, że generalnie niebo nad horyzontem jest nieco rozjaśnione, bez szczegółłw. Jednak od czasu do czasu, po przywyknięciu wzroku do ciemności, dawało się zauważyć w tej poświacie nieco jaśniejsze pasma. Pojawiały się po zachodniej stronie, w pobliżu jasnej gwiazdy Capella i w momencie pojawienia się były nieco wyraźniejsze. na fotografiach widać, że pod nimi pojawia się słabo tutaj widoczna, zielonkawa poświata niższej zorzy.

 

Potem przesuwały na wschód aby po przebyciu 20-30 stopni zatrzymać się i tam wygasnąć. I często w tym ostatnim punkcie były najjaśniejsze i miały najbardziej kontrastową granicę. W pewnym momencie pasmo osiągnęło na tyle duże natężenie, że wyglądało gołym okiem jak oddalony snop światła z szerokiego reflektora, oraz dało się zauważyć, że światło jest lekko różowawe. Także na fotografiach zorza stała się w tamtej chwili wyraźna i ostro odgraniczona od tła.

Stopniowo niebo nad wschodnim horyzontem stawało się coraz jaśniejsze i różowa zorza zaczęła być widoczna na tle już bardziej granatowym niż czarnym. 

W końcu mimo kombinowania z przesłoną, ekspozycją i czułością zorza przestała być widoczna na niebie. Był tu już świt żeglarski.

Cieszę się, że udało się zobaczyć choć tyle.
 

Najwcześniejszy zachód, najpóźniejszy wschód i wielka ósemka

Minęło Przesilenie zimowe, zaraz Boże Narodzenie, teraz narzekający na ciemne dni pocieszają się, że od tego momentu słońce wschodzi coraz wcześniej, a zachodzi coraz później. Tylko, że to akurat nieprawda.

Można to łatwo sprawdzić w kalendarzach podających godziny wschodów i zachodów słońca - w tym roku najwcześniejszy zachód słońca miał miejsce 12 grudnia, a wschód słońca opóźnia się nadal aż do 30 grudnia*. W zestawieniu z faktem, że najdłuższa noc ma miejsce 21 grudnia wydaje się to trochę nielogiczne.

Generalnie zmiany długości dni w roku wynikają z faktu, że oś Ziemi nie jest doskonale prostopadła do płaszczyzny jaką wyznacza orbita, a więc słońce jest widoczne z ziemi pod kątem. Ze względu na zjawisko żyroskopowe, oś ta jest nakierowana w przestrzeni stale w tym samym kierunku i w przeciągu roku nie następują istotne zmiany tego kierunku. Obecnie jest skierowana w okolice Gwiazdy Polarnej. Gdy kierunek w który odchylona jest ta oś, pokryje się z linią skierowaną do słońca, następują przesilenia. Na półkuli północnej w czerwcu oś ziemi jest skierowana w stronę słońca, jest więc widoczne wysoko na niebie a dzień trwa długo. W grudniu oś jest skierowana w przeciwną stronę, słońce jest więc nisko a dzień jest krótki. W dniu równonocy dzień i noc trwają równo 12 godzin, słońce wschodzi dokładnie na geograficznym wschodzie a linia osi jest prostopadła do kierunku z jakiego widać słońce.

Różnica drogi słońca na niebie w dniu przesilenia letniego, równonocy i przesilenia zimowego. 
Marcella Giulia Pace

 Nachylenie osi do orbity wynosi 23 stopnie, o tyle więc  wyżej latem zniesie się słońce nad wysokość w dniu równonocy, i o tyle samo się obniży zimą. Gdyby więc Ziemia krążyła wokół słońca po idealnie kołowej orbicie i jedynie miała to przekrzywienie osi, to co 24 godziny słońce górowałoby w punktach położonych na linii o długości 46 stopni kątowych. Gdybyśmy codzienne robili słońcu zdjęcie o tej samej godzinie i nałożyli na siebie 365 fotografii, to powstałaby jasna prosta krecha na niebie, bez żadnych dodatkowych efektów.

Ale ziemska orbita nie jest idealnie kołowa co skutkuje dodatkowym efektem. 

Przez część roku Ziemia jest dalej od słońca niż wynosi średnia odległość. Tak się składa, że wypada to w lipcu, czyli wtedy, gdy na półkuli północnej jest lato. Ze względu na większą odległość od słońca, na tym odcinku orbity krąży nieco wolniej niż średnia szybkość. Zimą jest odwrotnie; 3 lub 4 stycznia wypada moment największego zbliżenia ziemi do słońca, a planeta porusza się wtedy szybciej. 

Te drobne efekty powodują, że słońce nie trzyma się stale tego samego położenia co dobę. W czasie gdy ziemia porusza się szybciej, szybszy jest też widoczny z ziemi ruch słońca na tle nieba. Powoduje to, że słońce "nie trafia" dokładnie w to miejsce, w którym powinno się znaleźć. Gdy ziemia wykona cały pełny obrót, to słońce jest już nieco z boku. Zależnie od miesiąca ziemia albo musi wykonać jeszcze trochę obrotu aby swoją pozycją dogonić mknące słońce, albo już zdążyła zanim upłynął pełen obrót. Jeśli byśmy wykonywali o tej samej godzinie zdjęcia co miesiąc z nieruchomego aparatu i po roku nałożylibyśmy wszystkie zdjęcia na siebie, to okazałoby się, że słońce poruszając się po linii od najwyższego górowania do najniższego "chwieje się na boki" wykonując ruch podobny do dużej ósemki. Jest to tak zwana analemma i są miłośnicy fotografii, którzy starają się ten efekt uchwycić.

Na tym zdjęciu słońce fotografowano z tego samego miejsca co miesiąc o tej samej godzinie po południu. Dolna pętla to część roku, gdy ziemia jest bliżej słońca, wtedy wszystko dzieje się szybciej i efekty wpływające na przesunięcie słońca są większe. Górna pętla jest mniejsza, bo to ten czas gdy ziemia jest dalej. Na półkuli południowej mniejsza pętla jest widoczna niżej niż większa. Szerokość analemmy wynosi 6 stopni kątowych i jest niezależna od miejsca geograficznego.

Gdybyśmy rejestrowali analemmę w południe słoneczne, wybierając sobie godzinę, o której słońce góruje w równonoc, to odtworzona figura stałaby pionowo - większa pętla na dole, mniejsza na dole, z pionową linią między maksymalnymi wychyleniami. Im bliżej ranka lub zachodu, tym bardziej nachylona jest ta linia. Aż w końcu dochodzimy do sytuacji, gdy w pewnych dniach słońce o tej godzinie jest w części analemmy pod horyzontem, i jest noc. Łatwo zrozumiałe staje się więc, że od tego czy w danym miesiącu słońce jest bardziej po prawej czy lewej od linii punktów skrajnych, ten niewielki efekt wpływa na to czy zachód lub wschód są o parę minut przesunięte.

Nachylenie tego kształtu w porze zachodu słońca jest zależne od szerokości geograficznej. Na biegunach analemma jest pionowa, na równiku leży całkowicie na boku. W obszarach pomiędzy analemma "o godzinie zachodu" jest pochylona na ukos, tym bardziej, im bliżej jesteśmy równika. Zauważmy w tym momencie, że ze względu na zaokrąglony kształt końców tak przekrzywionej figury, najniższy punkt słońca na tej krzywej nie leży wcale w punkcie skrajnym, w położeniu słońca podczas przesilenia zimowego, lecz w rzeczywistości nieco z boku:

Oznacza to, że pomimo iż położenie słońca w południe jest najniższe w dniu przesilenia, to w godzinie zachodu i wschodu słońca może ono jeszcze opadać. A zmiany położenia w górę i w dół w tej szczególnej godzinie decydują o tym kiedy dokładnie minie horyzont.

Popatrzmy więc jeszcze na jedną ilustrację:

Kształt analemmy powoduje, że kilka dni przed przesileniem zimowym słońce osiąga horyzont kilka minut wcześniej niż w dniu przesilenia, mimo że jest jeszcze wtedy odrobinkę wyżej w południe. W godzinie wschodu słońca ten kształt jest obrócony i tego dnia, gdy następuje wcześniejszy zachód, słońce jest w niekorzystnym położeniu do tego aby wcześniej wzejść. Dopiero po minięciu punktu skrajnego w dniu przesilenia, zaczyna wyprzedzać swoje położenie z tego dnia aby dojść do punktu, w którym wschodzi kilka minut później, pomimo ogólnie wyższego górowania słońca. To wtedy następuje najpóźniejszy wschód słońca. 

Skutkuje to nietypowym przebiegiem godzin wschodu, zachodu i długości dnia. W miarę zbliżania się do końca grudnia długość dnia spada, coraz później następuje wschód a coraz wcześniej zachód. Oba efekty skracają dzień. Słońce zachodzi w Polsce najwcześniej w dniu 12 grudnia, po czym zaczyna zachodzić później, dodając sekundy i minuty do długości dnia. Ale efekt związany z coraz późniejszymi wschodami na razie jest szybszy i nadal skraca dzień. Stopniowo zaczyna on słabnąć i w dniu 21 grudnia jest taki sam jak efekt coraz późniejszych zachodów. Następuje najkrótszy dzień. Ale nie stopuje do zera i wciąż przez kolejny tydzień słońce wschodzi jeszcze trochę później aż do 30 grudnia. Od tego dnia zarówno późniejsze zachody jak i wcześniejsze wschody wydłużają dzień. 

Daty tych skrajnych dni podaję dla obszaru środka Polski 52*N, bo zależy on od tego jak bardzo nachylona jest analemma godziny zachodu, a to od szerokości geograficznej. Im bliżej bieguna, tym mniej daty skrajnych zachodów i wschodów są od siebie oddalone, bo punkty najniższe wypadają na zaokrąglonym końcu ósemki bliżej punktu przesilenia. Największe oddalenie dotyczy okolic równikowych, w których w godzinie zachodu analemma leży na boku. 

Śledząc samo tylko położenie słońca na niebie co miesiąc o tej samej godzinie można więc znaleźć dowód na tego, że ziemia jest okrągła, obraca się wokół osi i okrąża słońce. 

-------
* Różnice czasów zachodu i wschodów w grudniu w kolejnych dniach stają się tak małe, że przez kilka kolejnych dni zachód następuje o tej samej godzinie co do minuty, już tylko z sekundowymi różnicami 

http://www.sciquill.com/analemma/more.html

Kometa NEOWISE nad Polską

Po raz pierwszy od dekady zawitała do nas kometa widoczna gołym okiem, a już z pewnością najwyraźniejsza i najdłużej widoczna od czasu słynnej Halle-Boppa. Poprzednie okazje nie były tak efektowne i łatwo dostępne - kometa Mahcholtza z 2005 roku była widoczna krótko, z bardzo ciemnych miejsc, i miała formę okrągłego obłoczka, a kometa Holmesa z 2007 była położona bardzo nisko nad horyzontem. Kometa Lovejoy i McNaught były widoczne głównie z półkuli południowej.

Kometę odkryto w marcu podczas przeglądu nieba teleskopem w podczerwieni i już wtedy przewidywano, że może być jasna. Niepewne było tylko to, czy przetrwa spotkanie ze słońcem, co nie udało się dwóm innym tegorocznym kandydatkom na efektowne obiekty. Ostatecznie po minięciu z początkiem lipca aphelium stała się widoczna na niebie z jasnością 3,5 mag. Od tego czasu stopniowo słabnie, przechodząc przechodząc nisko po północnej stronie nieba. Obecnie przelatuje przez "nogi" Wielkiej Niedźwiedzicy i w miejscach o ciemnym północnym horyzoncie jest jeszcze z trudem zauważalna gołym okiem.

Oczywiście gdy tylko pojawiły się dobre zarunki zacząłem polować na ią z aparatem. Tutaj zdjęcie sprzed tygodnia, gdy była na tyle jasna, że bez problemu dało się zobaczyć jej odbicie w wodzie. Tutaj nad korytem Bugu.

W miarę upływu czasu ogon pyłowy coraz bardziej oddala się od prostego jak strzała niebieskawego ogona gazowego. Oba oddzielnie widać już na tym zdjęciu zrobionym trzy dni później:

Przy wyższej czułości (ale i większych szumach) widać tę cechę wyraźniej:

Sezon na obłoki srebrzyste rozpoczęty

Wczoraj było je całkiem ładnie widać, spodziewam się, że dziś także się pojawią. Obłoków należy wypatrywać około dwie godziny po zachodzie, nad północno-zachodnim, północnym a później też północno-wschodnim horyzontem.
Obłoki to wyjątkowo wysoko się pojawiająca odmiana chmur, sięgają nawet do 100 km nad powierzchnię ziemi. Na tej wysokości podświetla je słońce a my obserwujemy z Europy ławicę chmur nad biegunem północnym. Pisałem o nich więcej w artykule (link)

Tutaj obłoki około godziny 1:30, sięgały do mniej więcej 15 stopni nad horyzont.

Planety nad piramidami

W roku 2012 oprócz oczywiście Końca Świata, media promowały jeszcze inną bzdurę - informację o niezwykle rzadkim, zdarzającym się co 2,5 tysiąca lat ustawieniu się na jednej linii trzech planet - Merkurego, Wenus i Saturna - i to jeszcze tuż nad piramidami w Gizie. Rzecz ilustrowała grafika komputerowa, która wraz z odpowiednim podpisem krążyła potem po całym internecie:

Od tego czasu minęło już sporo lat, ale internet posiada pewną wybiórczą pamięć, mianowicie zapamiętuje bzdury i zapomina o prawdzie. Dlatego też ostatnio grafika ta, brana za zdjęcie, zaczęła ponownie krążyć po internecie. O zjawisko pytało mnie już parę osób, które widziały obrazek na fejsie, warto więc może napisać co nieco o tej sprawie.

Czy taka koniunkcja (zbliżenie) miała miejsce? Owszem, miała. Czy jest czymś rzadkim że planety ustawiły się "na jednej linii"? Cóż, gdyby ustawiły się na jednej linii, to pozasłaniałyby się wzajemnie. W tym przypadku widzieliśmy je blisko na niebie, ułożone na jednej linii w przestrzeni, co jest kwestią perspektywy. To zaś że planety tworzą taką pozorną linię, nie jest niczym nadzwyczajnym - orbity planet wokół słońca mieszczą się z parostopniowym oddaleniem w z grubsza jednej płaszczyźnie. Leży w niej też orbita Ziemi, toteż z naszego punktu widzenia słońce przesuwa się na tle gwiazd po linii, którą podążają też wszystkie inne planety. Linię tą nazywamy ekliptyką.

Przy pomocy odpowiedniego programu symulującego widok nieba na danym miejscu na ziemi, możemy łatwo sprawdzić jak wyglądała tamta koniunkcja i czy była tak ładna jak na obrazku. Ja użyłem programu Stellarium.

Z punktu widzenia Egipcjan, całość prezentowała się nie tak zachwycająco:

Planety były widoczne wczesnym rankiem, w zasadzie już na rozjaśnionym niebie, najniżej leżał Merkury, który mógł być słabo widoczny. Przede wszystkim jednak tworzyły linię niemal pionową. Aby zobaczyć trójkę planet nachyloną pod takim łagodnym kątem jak na obrazku, trzebaby się chyba wybrać na Islandię. Przyczyny tego zjawiska są interesujące - ekliptyka, czyli linia płaszczyzny układu słonecznego, to w zasadzie prosta linia. To zaś, pod jakim kątem ją widzimy, zależy od dwóch czynników - dnia w roku, w związku z sezonowymi wahaniami nachylenia o 46 stopni, oraz szerokości geograficznej miejsca obserwacji. To pierwsze wynika z pochylenia osi Ziemi w przestrzeni, to drugie jest wynikiem tego, że Ziemia jest kulą.

Ze względu na duże rozmiary planety, linia horyzontu, wyznaczająca lokalny poziom, jest widoczna jako prosta. W rzeczywistości jest to krótki odcinek okręgu. Jego orientacja względem gwiazdowego tła odpowiada nachyleniu stycznej do okręgu. Na biegunach styczna do okręgu przekroju ziemi jest równoległa do płaszczyzny równika, przez co w dniu równonocy, gdy równik niebieski przecina ekliptykę, słońce jest widoczne cały dzień na horyzoncie, w trakcie nieustającego wschodo-zachodu. Im bardziej przybliżamy się do równika, tym większy kąt ekliptyki względem horyzontu. W strefie zwrotnikowej linia ta jest prawie pionowa, w niektóre dni idealnie pionowa; wówczas słońce w południe przechodzi przez zenit.
Kair leży na równoleżniku 30 N, dlatego linia ekliptyki nigdy nie jest za bardzo oddalona od pionu.

Czy taka koniunkcja to rzadkie zdarzenie? Nie bardzo. Wenus ma okres obiegu 224 dni  a Merkury 87 dni.  Z kolei Saturn przechodzi za Słońcem co roku. Nie trzeba specjalnie wyjątkowego trafu, aby te trzy planety znalazły się niedaleko siebie na niebie.

Podobna sytuacja miała miejsce w 2009 roku, wtedy koniunkcja była jeszcze bliższa, cała trójka mieściła się w obszarze około 10 stopni kątowych (szerokość pięści w wyciągniętej dłoni)

Koniunkcja w 2009 roku widziana z Egiptu

Inne podobne koniunkcje zdarzają się co kilka lat. W roku 2002 stosunkowo blisko (ćwiartka nieba) znalazły się Wenus, Saturn, Jowisz, Mars i Merkury,  podobny układ z tymi planetami powtórzył się w roku 2016.

Nie, planetoida Apophis nie uderzy w Ziemię

Zbliża się Wielkanoc, tymczasem media wsiadły na swojego ulubionego konika, i jęły przypominać nam o kolejnym święcie ruchomym - końcu świata. Chodzi o planetoidę Apophis, która ma przelecieć blisko Ziemi, przy czym dziennikarze starają się tak nagiąć informacje w tytule  i pierwszym akapicie artykułu, aby wydawało się, że właśnie teraz jest jakieś ryzyko. Redakcje jedna po drugiej kopiują nagłówki o straszących sugestiach, w rodzaju twierdzenia, że NASA wydała jakieś ostrzeżenia, bądź z hasłem "koniec świata 2019" zakończonym zabezpieczającym przed pretensjami znakiem zapytania.
Aby stworzyć wrażenie, że chodzi o jakąś wciąż aktualną sprawę, niektóre redakcje już siódmy dzień podbijają te same artykuły, dodając nową datę (ostatnie takie podbicia zaczęły się pojawiać wczoraj wieczorem).

Pismacy, liczący na więcej klikań, nie są skorzy od razu ujawniać czytelnikowi, że asteroida ostatni raz minęła ziemię już dawno temu, zaś oni powtarzają jedynie odgrzewanego kotleta z amerykańskich mediów, które próbowały nakręcać taką panikę pod koniec stycznia. [1] Obecne nakręcanie zainteresowania jest wyłącznie produktem brukowców - resztą chyba wyłącznie polskim.
Co swoją drogą daje nam okazję do zaobserwowania, które redakcje posuwają się do manipulowania czytelnikami, i które lepiej zablokować na aplikacjach z wiadomościami. Co charakterystyczne - portale gazet regionalnych straszące tą informacją już od kilku dni, mają jednego właściciela. Obecnie "nowy" bo jedynie z dodaną datą artykuł na ten temat z wprowadzającymi w błąd tytułami ma Gazeta Lubuska, Express Bydgoski, Nowiny 24, Nowa Trybuna Opolska, Głos Koszaliński i Gazeta Współczesna. Pisała o tym też Gazeta Krakowska i kilka innych. Należą one do grupy wydawniczej Polska Press, należącej do koncernu Varlagsgruppe Passau.[2]
Artykuły powtarzają różnie nieprawdziwe twierdzenia, począwszy od kłamstwa, że planetoida mija ziemię 22 marca, po niedoprecyzowane stwierdzenie, że NASA ocenia szanse na zderzenie na 1:37 (taki był jeden z szacunków parę dni po odkryciu planetoidy, czyli w roku 2004).

Pierwsze artykuły na ten temat zaczęły się pojawiać w połowie lutego, po informacji od rosyjskich naukowców, która w zasadzie wyklucza możliwość zderzenia. Szanse na zderzenie z ziemią w roku 2029 oceniono na jeden do miliona, podczas kolejnych zbliżeń co kilkanaście lat podobne, największe ryzyko przypada w ich symulacji na rok 2062, gdzie szansa to około 1:100 000, czyli nadal bardzo mała. Media szukające fajnego newsa zinterpretowały te wyniki tak, że w ich wyliczeniach w tymże roku są duże szanse na zderzenie, co potem zmutowało w plotkę o tym, że na pewno do zderzenia w tymże roku za 40 lat dojdzie.
Potem, w połowie marca kilka większych portali (wp.pl; Wprost.pl) zdementowało pogłoski o rychłym zderzeniu[3]. Kolejne artykuły w powiązanych ze sobą mediach pojawiały się od tego czasu, modyfikując wieść w coś bardziej nośnego: w zasugerowanie, że nową informacją jest nie ryzyko zderzenia za kilkadziesiąt lat, tylko ryzyko zderzenia już za tydzień. Często czytana wieść była aktualizowana.  Na przykład artykuł z Nowiny24 pierwszy raz pojawił się 16 marca i był podbijany, z podaniem nowej daty, aż do wczoraj.

Z czego wynika niepokój? Asteroida Apophis, o orbicie przecinającą się z ziemską, została odkryta w 2004 roku. Stwierdzono wtedy, że obiekt ma ponad 300 metrów średnicy. Przez pierwsze dni po odkryciu dokładna orbita nie była zbyt dobrze znana, dlatego zależnie od ilości danych pojawiały się różne szacunki szansy na zderzenie. Sześć dni po odkryciu była to szansa 1:300, kolejnego dnia już 1:45 aż wreszcie po trzech dniach ryzyko wzrosło do 1:37. Wywołało to duży oddźwięk w mediach, który jak widać, nadal się utrzymuje. Stopniowo jednak coraz lepiej poznawaliśmy orbitę asteroidy i wreszcie po jednym okrążeniu i minięciu naszej planety, szacowane ryzyko szybko spadało. Obecnie uważa się, że ryzyko zderzenia podczas któregokolwiek zbliżenia w ciągu następnych stu lat jest rzędu 1:100 000.


Z Efemeryd na stronie projektu NEO, zajmującego się obserwacją takich ciał wynika, że aktualnie asteroida znajduje się dość daleko - obecnie jest w niemal takiej samej odległości od naszej planety, co Słońce (1,13 AU).  31 marca przejdzie pod orbitą Ziemi i będzie się od niej oddalać.

Kolejne przecięcie orbity Ziemi nastąpi około 17 lipca, ponieważ jednak wolniej lecąca asteroida goni szybszą Ziemię, odległość między nimi wzrośnie do 1,5 odległości do Słońca. Najbliższe zbliżenie obu obiektów nastąpi około 6 stycznia 2020, kiedy to będą się mijać w odległości 0,4 dystansu do słońca.

A co z tymi zbliżeniami, których się obawiamy? W roku 2029 asteroida zbliży się do ziemi na 35 tysięcy kilometrów, będzie więc bliżej niż Księżyc. Wedle tej symulacji nastąpi to 14 kwietnia o godzinie 5 UTC. Będzie to niezwykle blisko, ale jak na razie parametry orbity znamy na tyle dobrze, że realna szansa na zderzenie jest bardzo mała.
-----
* Symulacja orbity
[1] https://www.space.com/39440-asteroid-wont-hit-earth-in-february.html
[2]  https://pl.wikipedia.org/wiki/Polska_Press
[3] https://www.wprost.pl/swiat/10199438/asteroida-apophis-uderzy-w-ziemie-wyjasniamy-o-co-chodzi-w-kolejnej-teorii-o-koncu-swiata.html

Jakie są najodleglejsze gwiazdy widoczne gołym okiem?

Tak mnie ostatnio zaciekawiło - jakie są najdalsze gwiazdy które jeszcze widać gołym okiem? Na początek postanowiłem przejrzeć "listy gwiazd w gwiazdozbiorze" na Wikipedii. Nie jest to może dobre źródło, ale wygodne do przeglądania bo listę można segregować wedle wybranych wartości. Wypisałem przykłady gwiazd o jasności do 6,5 magnitudo i o odległościach rzędu kilkunastu tysięcy lat świetlnych. Następnie zacząłem szukać potwierdzeń że faktycznie są położone w takiej odległości.
Tutaj pomocna okazała się strona universeguide.com która czerpie informacje z dwóch katalogów paralaks Hipparcosa - z 1997 i 2007 roku. Informacje z tabel Wikipedii najczęściej pochodziły z tego pierwszego przeglądu, drugi był więc jakąś weryfikacją, najczęściej ostro w dół.
Następnie przejrzałem podobne listy gwiazd w gwiazdozbiorach na universeguide.com, wypisując gwiazdy dla których w katalogu z 2007 roku podano kilkunatotysięcznolatoświetlną odległość.

Hipparcos to projekt sondy na orbicie okołoziemskiej, która robi zdjęcia gwiazd, porównując ich położenie na niebie w odstępach półrocznych. Mierzy ich ruchy własne względem tła, bada prędkość radialną, oraz mierzy zmiany położenia związane z paralaksą. Znając rozmiar ziemskiej orbity oraz wielkość kąta przesunięcia pozycji gwiazdy, można łatwo wyliczyć odległość do danej gwiazdy. Pierwszy katalog z 1997 roku opisywał parametry z dużą dokładnością dla 120 tysięcy gwiazd, i mniej dokładne dla ponad miliona. Dzięki lepszym technikom obróbki danych, z kolejnych obserwacji zestawiono w kolejnym katalogu dane dla 2,5 miliona gwiazd w zasięgu rozdzielczości kątowej.
Jego następczynią jest sonda Gaia, która ma obserwować odleglejsze gwiazdy z jeszcze większą rozdzielczością i dokładnością, ale jej katalogu odległości gwiazd jeszcze nie ma. Zapewne pomoże ona mocno poprawić poniższą listę.
 
Nie wykluczam, że w obu źródłach znalazły się jakieś błędy, w paru przypadkach wydaje się to wręcz oczywiste, niemniej w charakterze ciekawostki wrzucam tutaj listę bardzo odległych gwiazd które jeszcze widać gołym okiem. Pierwsza podana liczba to odległość z pierwszego źródła lub katalogu, a ta w nawiasie to wartość z nowszych źródeł.

* HD 8065 - Cefeusz - 32 616 ly - 6,0 M
- dla tej gwiazdy Hipparcos podał taką samą paralaksę w obu katalogach
 
*HD 188209 - Łabądź - 14 818 ly - 5,6 M
- Nie byłem w stanie potwierdzić tej odległości w innych źródłach. Gwiazda jest dość dobrze przebadana ze względu na zmienność która jest interesująca dla astrosejsmologów.
 
* TT Aquilae - Orzeł - 7955 (18 120) ly - 6,5-7,6 M
- gwiazda jest cefeidą więc aż prosiłaby się o zmierzenie odległości z zależności okres-jasność absolutna, ale takich danych nie znalazłem
 
* Chi Aurigae - Woźnica - 4077 (326 163) ly - 4,71
- podana w katalogu z 2007 roku odległość wydaje się absurdalnie wielka. Gwiazda w zasadzie znajdowałaby się poza galaktyką. Wyznaczona wtedy paralaksa leży jednak w granicy błędu pomiarowego, w zasadzie więc trudno powiedzieć jaka jest na prawdę. Może katalog paralaks z sondy Gaia rzecz rozstrzygnie.
 
* R Coronae Borealis - Korona Północna - 6040 (81 540) ly - 5,9
- Także tutaj druga zmierzona wartość wydaje się zbyt duża. Na podstawie szacunków jasności absolutnej dziś ocenia się odległość na bliższą tej pierwszej wartości.
 
Pozostałe:
* Chi2 Ori - Orion - 32 600 ly - (1800) 4,64 M
* HD 31327 - Woźnica - 11 643 *- 6,1 M
*HD 135591 - Cyrkiel -163 000 ly (3545) - 5,43
* HD 80558 (LR Velorum) - Żagiel - 19 176 ly (4291) - 5,83
* HD 191639 (BE Cap) - Koziorożec - 108 667 (2330)- 6,39
* HD 191877 - Lisek - 29 636 ly (6154) - 6,24
*HD 190603  (V 1768 Cyg) - Łabądź - 13 583 ly (5722) - 5,62
* Nu Aql - Orzeł - 11 643 (2835) - 4,64
* 9 Sge - Strzała - 14 174 * - 6,24
* P Cyg - Łabądź - 6272 (10 192) - 4,7
* 69 Cyg - Łabądź - 2764 (9060) - 5,93
* V 533 Car - Kil - 12 538 *- 4,59
* Teta Mus - Mucha - 108 667 (12 544) - 5,44
* Omicron Canis Majoris - Wielki Pies - 1976 (14 825) - 3,8
* Phi Cas (34 Cas) - Kasjopeja - 2329 (12 080) - 4,95
* Rho Cas (2 Cas) - Kasjopeja - 11 648 - 4,51
* V 731 Monocerotis - Jednorożec - 4796 (21 744) - 6,14
* 3 Gem - Bliźnięta - 6395 (14 181) - 5,75

Obłoki srebrzyste

Ponieważ sezon na to zjawisko właśnie się rozpoczął, warto napisać coś na ten temat.

Obłoki srebrzyste to najwyższe obserwowane chmury. Pojawiają się na wysokości 75 - 80 km nad powierzchnią ziemi, w obrębie mezosfery, gdzie atmosfera jest bardzo rozrzedzona a temperatury dochodzą do -100 stopni. Ponieważ są cienkie i niezbyt gęste, nie obserwujemy ich w normalnych warunkach. Stają się możliwe do zaobserwowania pod odpowiednio małym kątem, ze sporego oddalenia, w sytuacji gdy słońce oświetla je a obserwator pozostaje w cieniu.
Warunki takie pojawiają się co roku w okolicach przesilenia letniego. Półkula północna jest wtedy skierowana bardziej do słońca, dlatego za kręgiem polarnym pojawia się dzień polarny, zaś w bardziej pośrednich szerokościach geograficznych pojawiają się "białe noce" z zauważalną poświatą od północnego horyzontu. Patrząc ze środkowej Europy obserwujemy wówczas nisko na północy oświetlone słońcem górne warstwy atmosfery, które ze względu na znaczne rozrzedzenie bardzo słabo rozpraszają światło, podczas gdy jej gęstsze, dolne sfery pozostają w cieniu.

Obłoki widziane pod kątem stają się wówczas widoczne jako błękitna, pofalowana warstewka, trochę podobna do położonych znacznie niżej cirrusów, świecąca delikatnym blaskiem na tle ciemniejszego nieba. Stąd zresztą wzięła się ich naukowa nazwa "noctilucent clouds" znaczy "obłoki świecące nocą".

Jest to w meteorologii zjawisko dość świeże. Po raz pierwszy jako osobny rodzaj chmur opisał je w czerwcu 1885 roku astronom Witold Ceraski, prowadzący obserwacje z obserwatorium moskiewskiego. Było to dwa lata po eksplozji wulkanu Krakatau, której popioły wpłynęły na klimat i wywoływały wyraźne efekty w atmosferze, sądzono zatem, że to skutek tego zdarzenia. Jednak z upływem lat zaczęły się pojawiać coraz częściej i coraz dłużej trwał okres ich obserwacji. Od 1887 zaczęto badać je fotograficznie; porównanie zdjęć wykonanych w tym samym czasie przez różnych obserwatorów pozwoliła przez triangulację wyliczyć wysokość i odległość w jakiej się pojawiają. Nie zauważono wyraźnego związku z dużymi erupcjami wulkanicznymi, więc ten związek musiano odrzucić. Zauważono natomiast, że lokalne obłoki o podobnym wyglądzie tworzą się do upadkach dużych meteorów.
Prawdopodobnie są złożone głównie z zamarzniętej wody osadzającej się na cząstkach pyłu kosmicznego i pyłu po spaleniu meteorów. Na taką możliwość wskazuje powstawanie podobnych obłoków podczas startów rakiet kosmicznych - fragmenty obłoków spalin po takim starcie, na odpowiednio dużej wysokości, rozwiane wiatrem tworzą świecące obłoki o cechach tych srebrzystych. W spalinach po starcie obecna jest woda i drobne cząstki stałe.

Obłoki srebrzyste widoczne z orbity

W normalnej sytuacji powietrze na tych wysokościach zawiera bardzo mało wody, ze względu na brak konwekcji w stratosferze atmosfera jest słabo wymieszana pionowo, ciśnienie rzędu 1 hPa (czyli właściwie "próżnia" osiągalna przy pomocy pompki wodnej). Prawdopodobnie woda tworząca obłoki jest w dużej mierze wytwarzana w wyniku reakcji docierającego tu metanu z ozonem wytwarzanym pod wpływem ultrafioletu. Przy tak niskiej prężności pary wodnej aby doszło do powstania kryształków lodu temperatura musi spaść poniżej -120 stopni co może tłumaczyć czemu zjawisko pojawia się głównie w okolicy przesilenia letniego - paradoksalnie latem nad lepiej doświetloną półkulą temperatura mezosfery spada, słońce bowiem świeci pod większym kątem, zatem promień przecina warstwę mezosfery na krótszym odcinku, mniej więc ciepła jest absorbowane. Mezosfera jest równocześnie generalnie najchłodniejsza nad biegunami, dlatego obłoki powstają tylko w strefach polarnych skąd są obserwowane w średnich szerokościach.

Interesująca i wciąż badana jest też chemia tych chmur. Balony meteorologiczne tam nie sięgają a satelity latają wyżej, dlatego warunki na tych wysokościach są słabo zbadane i opierają się głównie o metody spektroskopowe. Na pewno są zbudowane z cząstek lodu o rozmiarach kilku mikrometrów rozpraszających białe światło. Ich charakterystyczny niebieskawy kolor to efekt rozpraszania Tyndalla oraz bliskiej warstwy ozonowej. Podświetlające je światło najpierw przechodzi długą drogę przez górne warstwy atmosfery zawierające ozon a po rozproszeniu pokonuje równie długą drogą do obserwatora.
Inną ciekawą ich cechą jest to, że dość mocno odbijają fale radiowe. Mezosfera na tych wysokościach to część radiosfery,  więc warstwy umożliwiającej komunikację radiową na dużych dystansach. Obłoki srebrzyste odbijają fale radiowe dużo intensywniej. Jednym z ciekawszych wyjaśnień jest absorbowanie się na powierzchni ziaren atomów metali, bądź żelaza bądź sodu ze spalających się mikrometeorów. Atomy obojętnego sodu są obecne na tej wysokości w dość dużej ilości, zaś w tak ekstremalnie niskich temperaturach mogą osadzać się na powierzchni ziarna lodu nie reagując z wodą.

Jak wspomniałem wcześniej, odkryte jako osobne zjawisko w XIX wieku nocne obłoki świecące początkowo pojawiały się w pobliżu przesilenia letniego, lecz stopniowo zaczęto widywać je coraz częściej, z roku na rok, a czas ich pojawiania się poszerzył się. Częściowo może to wynikać z postępu wiedzy, dawniejsze pojawienia się mogły być po prostu brane za zorzę polarną, z zapisków angielskiego astronoma Thomasa Romney'a Robinsona, prowadzącego obserwacje z terenów Szkocji znamy dwie obserwacje mogące być tym zjawiskiem, pochodzące z lat 50 XIX wieku.
Po pracach Ceraskiego zaczęto tych obłoków wypatrywać i stąd więcej obserwacji. Jednak porównanie zapisków o czasie pojawienia się najwcześniejszych i najpóźniejszych obłoków wskazuje na poszerzanie zakresu obserwacji i zwiększenie częstości pojawienia. Z czegoś to musi wynikać.

Najbardziej prawdopodobne wydaje się, że zwiększona częstość pojawiania obłoków w mezosferze to skutek globalnego ocieplenia i to na dwa sposoby - zatrzymywanie ciepła w troposferze przez gazy cieplarniane to mniejszy strumień ciepła od powierzchni ziemi, a zatem lepsze wychładzanie mezosfery. Drugi efekt to rosnące stężenie metanu który z pewnym opóźnieniem dociera aż tutaj i rozkłada się pod wpływem ozonu i ultrafioletu, wytwarzając wodę.

Jak obserwować?
Obłoki srebrzyste pojawiają się w zakresie kilku tygodni wokół przesilenia letniego, zwykle największe nasilenie osiągają dwa tygodnie po nim, na początku lipca. Pojawiają się wówczas gdy słońce jest od 6 do 16 stopni pod horyzontem, zatem w okolicach samego przesilenia mogą pojawiać się między 22 a 2 przez całą noc, najintensywniejsze są jednak wieczorem i przed świtem.
Można wypatrywać ich na północno-zachodnim niebie, nisko nad horyzontem od godziny po zachodzie do 23 lub będąc nocnym markiem, jak ja, od 1 do 3 w nocy bardziej na wschód. Z tego co zauważyłem, często jaśniejsze i wyraźniejsze pojawiają się w drugiej części nocy, co jest niestety powodem przez który mało ludzi je widziało.

Można je rozpoznać po niebieskawym kolorze odcinającym się na ciemnym tle. Są przezroczyste, widać przez nie gwiazdy. Najintensywniejszy jest zwykle pas wysoki do 15-20 stopni nad horyzont, bardziej białawy, przy większej intensywności u dołu podbarwiony na żółtawo a nawet pomarańczowo. Bliżej wschodu lub zachodu słońca sięgają wyżej, choć wówczas już na bardziej rozjaśnionym niebie. Zwykłe chmury, nawet cirrusy, są widoczne jako ciemne na ich tle, nie dosięga do nich bowiem światło. Bardzo jasne fragmenty mogą być widoczne także przy świecącym księżycu, choć w takie noce trzeba uważać aby nie pomylić ich z chmurami oświetlonymi księżycem.

Zwykle mają wygląd lekko sfalowanych płaszczyzn z przeplecionymi pojedynczymi pasmami. Istnieje klasyfikacja wzorów wymieniająca zamknięte pętle, ciemniejsze obszary, krzyżujące się pasy i inne rzadsze typy. Najlepiej znaleźć miejsce z odsłoniętym północnym horyzontem i bez świateł miejskich, choć jak pokażą zdjęcia całkiem nieźle da się je obserwować z miast. No i oczywiście trzeba mieć szczęście bo nie każdej nocy się pojawiają

Sam obserwuję je od około 2005 roku, początkowo rysowałem je w notatniku:

6 lipca 2006

Pamiętam, że jedne z najładniejszych pojawiły się w roku 2007, potem w 2009 kiedy to po raz pierwszy zrobiłem im zdjęcie:

13 lipca 2009

Następnych kilka lat było pod tym względem słabszych. Najlepsze pojawiły się w lipcu 2014. Najpierw wieczorem 3 lipca pojawiły się efektowne ale nie sięgające wysoko obłoki, które oglądałem z łąk poza osiedlem:

Gdy przed północą zanikły sądziłem, że to na dziś koniec. Jednak po pierwszej w nocy zauważyłem nisko bardzo intensywną ławicę:

Wzór stopniowo rozszerzał się i zwiększa się widoczny obszar:

Niebo było jeszcze całkiem ciemne, tymczasem jak widać obłok świecił jasno jak widoczny niżej blok oświetlony latarniami. Wyglądał jak przeklejony do nocy kawałek dziennego nieba. Na jego tle widać ciemniejszą smugę kondensacyjną (góra część jest podświetlona światłem bijącym od obłoku). W miarę upływu czasu widać było coraz większy podświetlony obszar, który ostatecznie rozciągał się do 60 stopni szerokości i miejscami tyleż wysokości, ujawniający bardzo ciekawy, skomplikowany wzór:

Około 2:30 obłoki były na tyle jasne, że rzucały słaby, rozproszony cień

Pod koniec, gdy niebo w tle zaczynało się już robić jasne, najwyższe fragmenty ujawniły ładną pofalowaną strukturę, niektóre pasma sięgały prawie do zenitu. Natomiast dolne rejony podbarwiły się na żółto:

To była piękna noc, napsztykałem wtedy prawie 50 zdjęć.

Ładne pojawiły się też 19 czerwca 2016, wybrałem się wtedy w plener aby uchwycić je w jakimś ładnym kadrze:

W tym roku dość długo czekałem aż się pojawią. Zwykle zaczynają być zauważalne na początku czerwca, czasem pod koniec maja, i są widoczne do końca lipca, raz widziałem je 1 sierpnia. Pierwsze tegoroczne obłoki srebrzyste pojawiły się 19 czerwca, czyli trzy dni przed przesileniem, były dosyć słabe, zauważyłem je przed świtem, w sumie przypadkowo.:

ładniejsze pojawiły się 20 czerwca:

Zdjęcie zostało zrobione z Mokotowa na północ, jak widać cała Warszawa z rozświetlonym Śródmieściem nie przeszkodziła ich oglądać.
Później widziałem je jeszcze 29 czerwca wieczorem:

Potem w obserwacjach przeszkadzały chmury ale podobno były dobrze widoczne przedwczoraj.

Tak więc gorąco zachęcam do obserwacji, na pewno jeszcze się trafią, a to na prawdę piękne zjawisko, rekompensujące nam rzadkie pojawianie się zórz polarnych.


-------
* https://en.wikipedia.org/wiki/Noctilucent_cloud

Zgasić Słońce wodą?

Czy możliwe by było zgasić Słońce polewając je wodą? Zupełnie - nie, ale na chwilę... teoretycznie... naginając trochę czasoprzestrzeń i logistykę...

Na pomysł tego wpisu naprowadziły mnie artykuły popularnonaukowe, które na podobne pytanie odpowiadały zawsze tak samo: dolewając do słońca wody tylko bardziej je rozgrzejemy.[1],[2].
Rozumowanie jest następujące - woda w wysokiej temperaturze gwiazdy będzie się rozkładać na wodór i tlen. Wodór jest dla gwiazdy paliwem, potrzebnym do przeprowadzenia reakcji termojądrowych, toteż dodanie nowej porcji tylko zwiększy ilość produkowanej energii. Ponadto dla dużych ilości wody masa słońca zostanie zwiększona na tyle, że wewnątrz wzrośnie ciśnienie i zwiększy się szybkość reakcji.
I otóż problem w tym, że w tym rozumowaniu kryją się pewne znaczące uproszczenia, które wpływają na końcową odpowiedź.

Słonce jest gwiazdą, a więc kulą gazu o tak dużej masie i grawitacji, że ciśnienie w jego jądrze dosłownie wciska jądra atomowe w siebie. Z połączenia się czterech jąder wodoru powstaje jedno jądro helu, o masie nieco mniejszej niż masa czterech jąder wodoru. Ta brakująca masa  jest zgodnie ze słynnym wzorem Einsteina zamieniana na energię. Ilość tej energii jest olbrzymia - mówi się że energia otrzymana z wodoru zawartego w szklance wody wystarczyłaby na pokrycie ziemskiego dziennego zapotrzebowania.
Jednak transport tej energii z jądra na zewnątrz gwiazdy jest bardziej skomplikowany i o wiele dłuższy niż by to się mogło wydawać.

Wnętrze gwiazdy wokół jądra jest złożone głownie z bardzo gęstej, mocno lub całkowicie zjonizowanej plazmy. Jest ona w dużym stopniu przezroczysta dla promieniowania, toteż transport energii odbywa się w niej głównie promieniście, poprzez światło, ultrafiolet, promieniowanie X i gamma. Jest to tak zwana strefa promienista, która w naszym Słońcu stanowi ok. 70% objętości,
Ze względu na ten duży stopień przezroczystości gradient temperatury w tej strefie jest względnie mały, mniejszy od gradientu adiabatycznego związanego z rosnącym w miarę głębokości ciśnieniem warstw gazu.
W takiej sytuacji nie następuje termiczna konwekcja, strefa ta nie jest więc dobrze wymieszana. Ze względu na dużą gęstość i obecność mimo wszystko nie całkiem zjonizowanych jonów, światło z jądra wiele razy jest pochłaniane i reemitowane, przez co jego druga do powierzchni trwa bardzo długo.

W miarę oddalania się od jądra plazma ochładza się i zwiększa się w niej udział jonów, zwłaszcza silnie pochłaniającego światło anionu wodorkowego. W efekcie w pewnym oddaleniu plazma staje się nieprzezroczysta, przekaz promienisty staje się nieefektywny, a główną rolę w przekazie energii przejmuje konwekcja, to jest ruch wznoszący gorętszych strumieni. Ta tak zwana strefa konwektywna zajmuje około 25% promienia naszego Słońca. To w tej strefie materia jest dobrze i dość równomiernie wymieszana.

Dopiero dalsze ochładzanie plazmy w zewnętrznych warstwach powoduje, że większość jonów i elektronów rekombinuje a głównym składnikiem staje się niezjonizowany gaz o wysokiej temperaturze. Jest on już na tyle przezroczysty, że wypromieniowywane przezeń światło wyrywa się w kosmos i po 8 minutach dociera do ziemi. Strefa ta, fotosfera, jest tym co widzimy jako powierzchnię słońca. Ma temperaturę około 5,6 tysięcy stopni, zdecydowanie mniej niż w jądrze (ok. 15 mln stopni).
Częste cykle pochłaniania i emisji w gęstym wnętrzu, oraz wolny transport energii w nieprzezroczystej strefie konwektywnej powodują, że fotony wytworzone w jądrze docierają do powierzchni słońca dopiero po czasie od dwustu tysięcy do miliona lat.

Sedno sprawy mogło wam umknąć w tych wyjaśnieniach, więc powtórzę tylko to co najważniejsze - tylko zewnętrzna strefa konwektywna jest dość dobrze wymieszana. W wewnętrznej, strefie promienistej, nie zachodzi mieszanie materii. A zatem dodatkowa porcja wodoru z wody zrzuconej na Słońce nie ma szans dotrzeć do jądra i wytworzyć więcej energii cieplnej. A zatem popularne tłumaczenia, że woda zrzucona na słońce je rozgrzeje, są błędne.
Również wzrost ciśnienia we wnętrzu gwiazdy nie spowoduje zbyt szybkiego wzrostu ilości energii wypromieniowywanej przez powierzchnię, bo jej transport trwa dość długo.

Pytanie zatem - czy gdyby użyć na prawdę dużej ilości wody i zrzucić na zewnętrzną warstwę słońca, dałoby się je choćby na chwilkę przygasić?

Całkowita moc promieniowania słońca to 3,86×10²⁶ W. Tyleż więc dżuli energii wypromieniowuje całą powierzchnią w ciągu sekundy. Gdybyśmy zrzucili na słońce równocześnie tyle wody, aby to ciepło pochłonąć, może dałoby się na tą sekundę wystarczająco wychłodzić fotosferę, aby nie świeciła w zakresie widzialnym, a tym samym na chwilę przygasić słońce.
Zacznijmy wyliczenia od prześledzenia mechanizmu - zrzucamy na słońce wodę w formie lodowych brył, o temperaturze 0 stopni C. Ze względu na niskie ciśnienie ogrzewając się nie zamieni się ona w formę ciekłą tylko wysublimuje. Zamieni się zatem w parę która następnie zostanie ogrzana aż do temperatury termicznego rozkładu. Na koniec rozkład wody pochłonie kolejną porcję energii.
Do oszacowania ilości wody potrzebnej na pochłonięcie mocy promieniowania słońca potrzebne są pewne stałe fizyczne:


Entalpia sublimacji wody - 51,059 kj/mol[3]
Ciepło właściwe - 4,19 kj/kg*K (dla uproszczenia przyjmuję ciepło właściwe dla warunków standardowych, w rzeczywistości rośnie ono wraz z temperaturą)
temperatura rozkładu: wedle źródeł powyżej 4500 K woda ulega niemal całkowitemu rozkładowi na wodór i tlen a głównymi wykrywanymi składnikami są obojętne atomy i rodniki [4]
entalpia tworzenia - 285,8 kJ/mol

Przeliczmy więc to dla tony wody, zakładając że najpierw tona lodu sublimuje w temperaturze 0*C, potem powstała para ogrzewa się aż do 5 tysięcy stopni i następnie ulega rozkładowi na pierwiastki.

Tona lodu to 55555 moli wody. Na jej sublimację zużyje się (55 555*51,059) 2836583 kj energii. Ogrzanie par do 5000 K zużyje (55 555*4,19*4763) = 1108709468 kj energii
Rozkład zużyje (55 555*285,8) 15849842 kj energii
Razem 1127395893 kj czyli 1,1274*10^12.
Ponieważ należy pochłonąć 3,86×10²⁶ J energii, potrzebnych jest około 300 000 000 000 000 ton lodu. Ilość ta rozłożona na powierzchni słońca (ok. 1520 mld km2) utworzyłaby warstwę grubą na 197 metrów. Już samo pokrycie słońca taką warstwą zatrzymałoby światło, przynajmniej na moment. Pochłonięcie jednosekundowej mocy promieniowania fotosfery miałoby jednak mniejszy wpływ niż całkowite przyciemnienie, bowiem spod spodu ochłodzonej warstwy promieniować będą warstwy głębsze i gorętsze. Niemniej już sama obecność dużej ilości jonów i rodników powstałych z rozkładu wody może spowodować częściowe osłabienie docierającego do ziemi światła.
----------
[1] http://www.what-if.pl/2013/03/krotka-pika-1.html
[2] http://wyborcza.pl/1,145452,18619223,kto-zgasi-slonce.html
[3] http://www1.lsbu.ac.uk/water/water_properties.html
[4]  https://www.researchgate.net/profile/Andrey_Samokhin/publication/226277308_Oxidizing_purification_of_water_using_thermal_plasma/links/54dd7e680cf28a3d93f96409.pdf?origin=publication_detail

Półcieniowe zaćmienie księżyca - 11.02.17

Krótka relacja na świeżo z ciekawego zjawiska astronomicznego.

Na początek małe wyjaśnienie odnośnie natury zjawiska.

Zaćmienia księżyca to sytuacja, gdy Księżyc znajdzie się na tyle dokładnie po drugiej stronie Ziemi co słońce, że wejdzie w obszar cienia rzucanego przez ziemię. Nie następuje to podczas każdej pełni, bowiem orbita księżyca jest nieco przekrzywiona względem płaszczyzny orbity Ziemi. Księżyc więc zazwyczaj przechodzi nieco nad lub nieco pod przedłużeniem linii Ziemia-Słońce.
Przekrzywiona orbita księżyca przecina się z tą ziemską w dwóch punktach węzłowych, nazywanych też smoczymi. Ich położenie w przestrzeni zmienia się, wykonując pełen obrót w ciągu długiego okresu 18,6 lat, dlatego daty kolejnych zaćmień są przesunięte. Wbrew pozorom zaćmienia księżyca są rzadsze od słonecznych, obserwujemy je jednak częściej bo można je zobaczyć na całej nocnej półkuli, w odróżnieniu od słonecznych widocznych w pewnym wąskim pasie.

Ze względu na to, że w odległości orbity Ziemi tarcza słońca ma zauważalne rozmiary kątowe, jej cień tworzy w przestrzeni stożek otoczony strefą cienia częściowego. Obserwator na orbicie w cieniu całkowitym widzi całkowite zaćmienie słońca przez ziemię, natomiast w strefie półcienia widzi słońce tylko częściowo zasłonięte przez naszą planetę. Stopień zaciemnienia w tej strefie jest dużo mniejszy niż w strefie cienia całkowitego, i subtelnie narasta w jego stronę, dlatego granica między półcieniem a obszarem w pełni nasłonecznionym jest właściwie niezauważalna.

Płytkie zaćmienia półcieniowe są trudne do zauważenia nawet jeśli się o nich wie, te głębokie, zwłaszcza przy korzystnie dużym zapyleniu ziemskiej atmosfery, stają się zauważalne jako lekkie pociemnienie jednej części tarczy. Czasem mogą na nie zwrócić uwagę też osoby nie wiedzące o zapowiadanym zjawisku.

W tym roku zaćmienie było bardzo głębokie - księżyc zanurzył się w cień częściowy na 98%. Ponieważ strefa półcienia ma szerokość połowy stopnia kątowego, a więc tyle ile tarcza księżyca, podczas fazy maksymalnej tarcza niemal muskała strefę cienia całkowitego, można się było więc spodziewać, że efekt będzie wyraźny.

Pewną przeszkodą w obserwacji mogła być pogoda, jednak w dzień przed zaćmieniem pięknie się wypogodziło i wcale nie zanosiło się na szybkie zachmurzenie. Wprawdzie wkraczanie Księżyca w cień zaczynało się przed północą 10 lutego, ale faza maksymalna następowała dopiero o 1:46, trzeba było więc czekać do późna. Miało to jednak tą zaletę, że mogłem o tej porze oglądać księżyc z balkonu, mogąc wchodzić do środka dla ogrzania się, co było bardziej korzystne niż dwie godziny stania na mrozie.
O 0:30 księżyc wynurzył się zza krawędzi bloku, a ja wychylając się nieco zobaczyłem przez lornetkę, że zaćmienie już widać. Zwykle jest zauważalne jakieś 30-40 minut przed fazą maksymalną (aczkolwiek podczas poprzedniego we wrześniu zeszłego roku przyciemnienie było widać na 50 minut przed maksimum). Przygotowałem więc statyw i aparat, i tu jeszcze trochę wyjaśnień.

Na święta jako prezent dostałem lustrzankę cyfrową Nicon D3200, co bardzo mnie ucieszyło. Wprawdzie aparat ma spore gabaryty, zwłaszcza z większym obiektywem, ale wiedziałem że powinien nadawać się do zdjęć nieba nocnego, co dotychczas przy próbach kompaktem dawało raczej mizerne rezultaty. Do aparatu dołączony był obiektyw o ogniskowej 300 mm co daje całkiem niezłe przybliżenie, powodując że całość przypomina nieco mały teleskop. Do tego jeszcze statyw który dała mi siostra i można zaczynać próby z astrofotografią.
Takim też zestawem robiłem zdjęcia księżyca, co kilkanaście minut, aż przestał być zauważalny cień.

Zaćmienie w porównaniu z tym z września zeszłego roku wydawało się nieco jaśniejsze, nie wiem czy to wynik warunków lokalnych (lepsza pogoda i większa wysokość księżyca) czy globalnych jak inne zapylenie atmosfery, co ma wpływ na stopień doświetlenia cienia. Obszar zajmowany przez wyraźny cień obejmował jakieś 1/4 tarczy księżyca i powoli przesuwał się na zachód, szybciej niż sam księżyc. Nie zauważyłem jakiś specjalnych efektów kolorystycznych, ponoć czasem zauważalne jest lekkie poniebieszczenie.

Zdjęcia zebrałem w taki oto kolaż, na którym ładnie widać zmiany jasności:

Cykle Milankovicia, czyli naturalne zmiany klimatu

Czy istnieją jakieś naturalne procesy, które wpływają na klimat Ziemi? I to tak bardzo, że decydują o tym, czy będzie na niej ciepło i przyjemnie, czy może zimno i lodowato? Owszem, znamy takie zjawiska i potrafimy przewidzieć ich skutki w przyszłości. Jednymi z nich są cykle Milankovicia, przewidziane teoretycznie w latach 40. przez serbskiego astronoma. Drobne wahania ziemskiej orbity i osi powodują zmianę nasłonecznienia półkul, co przy długim czasie oddziaływań może wpływać na klimat globalnie.

Precesja
Pierwszy efekt jest związany z precesją osi obrotu planety. Ziemia wiruje z dostateczną prędkością aby jej usytuowanie przestrzenne stabilizował efekt żyroskopowy. Jest jak bączek który po rozkręceniu nie przewraca się, bo tajemnicza siła utrzymuje go w pionie. Efekt ten jednakowoż nie jest wciąż dostatecznie silny aby całkiem oprzeć się zaburzeniom. Oddziaływania grawitacyjne słońca i księżyca, nie działające na oś zupełnie prostopadle z powodu jej lekkiego przekrzywienia, powodują że oś zatacza koło w długim okresie około 26 tysięcy lat.
Sam ten fakt nie miał by specjalnego znaczenia dla klimatu, gdyby orbita ziemi była zupełnie kolista. Jest jednak elipsą, toteż raz Ziemia jest bliżej słońca a raz dalej. Może się to wydać zaskakujące, ale Ziemia jest najbliżej słońca wtedy, gdy panuje u nas zima, dokładnie 3-4 stycznia, a najdalej w lipcu. Wynika to tylko stąd, że aktualnie oś ziemi jest skierowana w okolice Gwiazdy Polarnej. W takim ustawieniu zimą biegun północny jest skierowany nieco od słońca a latem nieco do, a to właśnie różnice nasłonecznienia mają dla danej półkuli najistotniejsze znaczenie jeśli chodzi o pogodę sezonową.
Do tego dochodzi cykl obrotu w przestrzeni punktów aphelium (najdalej) i peryhelium (najbliżej), powodujący, że trochę doganiają zmiany precesyjne. W efekcie co 21 tysięcy lat dana półkula doznaje zimy bądź w największym oddaleniu bądź w największym zbliżeniu

Za kilka  tysięcy lat precesja skieruje oś ziemi w inną stronę, wówczas w trakcie naszej, północnopólkulowej zimy ziemia będzie najdalej a w czasie lata najbliżej. I znów, samo to nie miało by wielkiego znaczenia dla klimatu, bo w końca raz bardziej przygrzeje jedną półkulę a raz drugą, gdyby nie fakt że najwięcej lądów jest położonych na półkuli północnej. Lądy mają to do siebie że część ich stanowią góry i wyżyny, tereny położone wyżej niż średni poziom morza a co za tym idzie nieco chłodniejsze. Niektóre tak bardzo, że lodowce utrzymują się tam cały rok. Lądy ponadto łatwiej się wychładzają niż morza. Morze pod wpływem mrozu częściowo zamarza, lecz cyrkulacja powoduje, że tuż pod lodem woda ma zwykle kilka stopni na plusie, co hamuje narastanie warstwy lodu a za sprawą pewnego przewodnictwa cieplnego lodu, także zbytnie ochładzanie się powietrza. Nic więc dziwnego, że na naszej półkuli zimą jądrami mrozu z których na okoliczne tereny spływa najchłodniejsze powietrze, nie jest ocean arktyczny, tylko wielki obszar lądowy Syberii, Kanady i czapa lodowcowa Grenlandii.

Gdy precesja spowoduje, że na półkuli z przewagą lądów największe oddalenie nałoży się na okres zimowy a zbliżenie na letni, te drobne zmiany natężenia promieniowania spowodują zaostrzenie klimatu. Zimy będą nieco zimniejsze a lata nieco cieplejsze. Wbrew pozorom nie nastąpi jednak całkowite "wyrównanie" na zasadzie tu trochę na plus, tam na minus więc wychodzi na zero. Zimą spada śnieg, który odbija promienie słońca i potem gdy przychodzi cieplejsza pora utrudnia nagrzewanie powietrza. Zimniejsze zimy to więcej śniegu i dłuższe jego topnienie. Więcej śniegu to także więcej pożywki dla lodowców górskich. Dla trwania lodowca mniejsze znaczenie ma to jak bardzo stopnieje latem, a większe ile urośnie zimą. Zmiany precesji wobec eliptycznej orbity powodują zatem, że na półkuli z przewagą lądów, co pewien czas lodowce łatwiej przybierają na wadze.

Zmiana elipsy

Ale eliptyczna orbita Ziemi wiąże się z drugim efektem - otóż stopień tego jak bardzo jest ona spłaszczona (ekscentryczność), nie jest stały. Oddziaływania planet powodują, że raz jest nieco bardziej wydłużona a raz nieco bardziej kolista. Jest to proces trochę nieregularny, ale można go opisać jako cykl długi na 100 tysięcy lat.Co to powoduje? 

Bardziej kołowa orbita to także średnio rzecz biorąc nieco większa odległość od słońca, co ma wpływ na nasłonecznienie całej planety. Ilość energii docierającej do Ziemi przez cały rok zmniejsza się wtedy w stosunku do stanu gdy orbita jest bardziej eliptyczna, o około 0,1%. Dodatkowo większa ekscentryczność orbity wzmacnia efekt klimatyczny związany z precesją osi. Okresy największej eliptyczności orbity bardzo dobrze nakładają się na okresy przerw między epokami lodowcowymi.

Zmiana pochylenia osi
Ale powróćmy do osi ziemi. Oprócz tego, że wykonuje ona w długim okresie obroty precesyjne, to dodatkowo nie jest stale przekrzywiona wobec orbity o taki sam kąt. Obecnie jest odchylona od kierunku prostopadłego o 23,5°, może jednak naprostować się do 21° lub bardziej przekrzywić do 24,5°.

Przekrzywienie osi ziemi przy jej stałym (w krótkim czasie) położeniu, powoduje dwa ważne efekty związane z naświetleniem - słońce nie pada dokładnie prostopadle na ląd tylko na równiku, lecz każdego dnia odchyla się od niego nieco na północ lub południe. W dniu przesilenia zimowego północnego, gdy oś jest najbardziej odchylona od słońca, świeci ono w zenicie 23,5° na południe od równika, a w dniu przesilenia letniego, 23,5° na północ. Dokładnie na równiku świeci w zenicie dwa razy do roku w równonoc. Linie maksymalnego odchylenia od równika to zwrotniki, a strefa między nimi, to strefa międzyzwrotnikowa. Jest ona najlepiej oświetlona a co za tym idzie najgorętsza.

Drugi natomiast efekt to istnienie stref polarnych. W dniu przesilenia zimowego oś ziemi jest odchylona w stronę przeciwną niż słońce, i to o kąt 23,5°. Obszar oddalony o tyleż od bieguna jest wówczas zacieniony całą dobę, panuje tam noc polarna, co stwarza idealne warunki dla wychładzania powietrza i powierzchni. W miarę upływu dni od przesilenia słońce zaczyna docierać coraz dalej aż w dniu równonocy pojawia się na samym biegunie. W związku z tym trwająca pół roku noc polarna występuje tylko na samym biegunie, wbrew częstemu mniemaniu, że tyle trwa noc za kołem podbiegunowym ogółem. Na polskiej stacji arktycznej Hornsund noc polarna trwa 3,5 miesiąca a nie 6.

Co takiego powoduje dla tych stref zmiana pochylenia osi? Gdy jest bardziej pochylona, strefa międzyzwrotnikowa się poszerza, toteż pasy dziennych górowań w zenicie oddalają się, a obszary po przeciwnej stronie niż aktualnie najlepiej doświetlane, widzą słońce pod nieco większym kątem. Efekt jest taki że tereny przyrównikowe nieco się ochładzają.
Z kolei przy biegunach większe obszary doznają zarówno nocy polarnej jak i dnia polarnego. Efektem ogólnym jest lekkie schłodzenie obszarów przyrównikowych i lekkie ocieplenie przybiegunowych, czyli większe wyrównanie temperatur globalnych.
Większe naprostowanie osi (zmniejszenie pochylenia) lekko ochładza tereny przybiegunowe a nagrzewa równikowe.

Nie miało by to znaczenia na planecie o równomiernym rozłożeniu lądów, ale w naszym przypadku najwięcej lądów znajduje się na północ od równika. A te, jak wspominałem, chętniej ulegają zlodzeniu niż morza.

Suma czyli jak rosną lodowce
Te cykliczne zjawiska różnie się na siebie nakładają, wywołując globalne lub lokalne zmiany ilości energii ze słońca. W najbardziej sprzyjającym układzie zmiany całkowitej energii sięgają do 10%.
Ochłodzeniom sprzyja sytuacja, gdy oś ziemi jest bardziej naprostowana (mniejszy kąt), gdy aphelium następuje gdy na półkuli z przewagą lądów jest zima i gdy orbita jest bardziej zaokrąglona, co ochładza ciepłą porę roku na całej planecie. Wówczas powierzchnia lodowców w górach i na wyżynach przyrasta i daje o sobie znać dodatnie sprzężenie zwrotne - więcej lodu to więcej odbitego słońca i mniejszy stopień nagrzania powietrza. Mniejsze nagrzanie powietrza to mniejsze topnienie i zwiększenie powierzchni lodowców. W przypadku grubych czap lodowcowych znaczenia nabiera też wzrost wysokości górnej części lodowca, którego szczyt dociera do chłodniejszych warstw atmosfery. 

Wszystkie te efekty powodują, że przy niewielkim wymuszeniu ochłodzenia związanym z cyklami nasłonecznienia, na lądach następują zmiany potęgujące efekt, i zwiększające ochładzanie. Duże ochłodzenie półkuli z przewagą lądów, na których lodowce narastają łatwiej niż na morzu, przekładają się na ochłodzenie klimatu globalnie.

Prześledzenie historii epok lodowcowych i okresów ciepłych przekonuje, że w dużym stopniu nakładanie się tych trzech cykli tłumaczy epizody ochłodzenia i ocieplenia, najlepszą korelację widać dla precesji i ekscentryczności orbity. Istnieją pewne rozbieżności, mogące wiązać się z procesami tektonicznymi czy położeniem Układu Słonecznego w galaktyce, ale w dużym stopniu tłumaczą dlaczego ocieplenia i ochłodzenia następują w pewnych określonych latach.

Jak będzie?
No właśnie. Te procesy zachodzą cały czas. 12 tysięcy lat temu zakończyła się dzięki nim epoka lodowcowa. Co zatem rysuje się w przyszłości? Coś takiego:

Niemal idealne nałożenie się peryhelium i zimy półkuli północnej, ulega rozstrojeniu. Już teraz są oddzielone o kilkanaście dni (przesilenie 22-23 grudnia, peryhelium 3-4 stycznia) a w miarę upływu czasu odchylenie będzie rosło.
Nachylenie osi ziemi wobec orbity zmniejsza się z szybkością 0,011* rocznie.
Kolistość orbity rośnie.

Wygląda zatem na to, że wszystkie efekty zmierzają ku ochłodzeniu. Obecny okres klimatyczny, holocen, rozpoczęty 12 tysięcy lat temu po zakończeniu epoki lodowcowej, osiągnął maksimum temperatur około 6 tysięcy lat temu. Od tego czasu średnie temperatury spadały. Lokalne minimum nastąpiło pod koniec średniowiecza i w renesansie, w okresie tzw. "małej epoki lodowcowej" gdy to swoje dołożyło słońce o wyjątkowo małej aktywności. Zgodnie z obliczeniami wymuszenia związane z cyklami Milankovicia powinny wywołać niezwykle powolny spadek temperatur globalnych. W ciągu ostatnich 100 lat byłby to spadek o 0,01K, właściwie trudny do zauważenia, w sumie można by było uznać klimat za stabilny. Dalsze ochładzanie następowałoby na tyle wolno, że ochłodzenie się klimatu Polski do obecnego w Szwecji zajęłoby kilkanaście wieków, a epoka lodowcowa pojawiłaby się dopiero za kilka tysięcy lat.

Zatem my i nasze prawnuki możemy spać spokojnie. Lądolód w Warszawie to rzecz która wprawdzie się zdarzy, ale wówczas gdy nie będzie już ani potomków którzy nas będą pamiętać, ani też pewnie i Polski.

Tymczasem...
Tymczasem wbrew przewidywaniom wynikłym z cykli zmian nasłonecznienia, w ciągu ostatnich 150 lat temperatura na ziemi wzrosła o 1 stopień. Jest to sytuacja bez precedensu, bo nie dość że następuje niezwykle szybko, to jeszcze wbrew wymuszeniom które w ciągu kilkuset ostatnich tysięcy lat regulowały klimat planety. Wygląda więc na to, że nie jest to zmiana naturalna. I jak na razie nie udowodniono aby odpowiadał za to czynnik w pełni naturalny, nie związany z destrukcyjnymi działaniami ludzkiej cywilizacji.