Naukowcy są zaniepokojeni nieoczekiwanym faktem - coś doprowadziło do zmniejszenia jasności Ziemi. Eksperci przeanalizowali pomiary promieniowania Ziemi w tym światło odbite od naszej planety, które oświetla powierzchnię Księżyca – a także różne dane z satelitów i odkryli coś dziwnego.

Ziemia odbija teraz o pół wata mniej światła na metr kwadratowy niż 20 lat temu. Odpowiada to zmniejszeniu współczynnika odbicia planety o 0,5%. Co więcej, większość spadku nastąpiła w ciągu ostatnich trzech lat. Ogólnie rzecz biorąc, Ziemia odbija teraz około 30% mniej padającego na nią światła słonecznego.

Odkryty spadek albedo okazał się ogromną niespodzianką. Po przeanalizowaniu danych z ostatnich trzech lat po 17 latach prawie stałego albedo zaobserwowano wyraźny trend „ściemniania” Ziemi. Stał się on widoczny po tym, jak eksperci dodali nowe dane do pomiarów promieniowania Ziemi w latach 1998-2017, zebranych przez Big Bear Solar Observatory w Południowej Kalifornii. 

Na czyste światło słoneczne docierające do Ziemi mają wpływ dwie rzeczy: jasność Słońca i współczynnik odbicia planety. Obserwowane przez naukowców zmiany albedo Ziemi nie korelowały z okresowymi zmianami jasności Słońca. Oznacza to, że zmiany we współczynniku odbicia Ziemi są spowodowane czymś na naszej planecie, a nie z zewnątrz.

W szczególności pomiary satelitarne wykonane w ramach projektu NASA Clouds and Earth Radiant Energy System (CERES) wykazały w ostatnich latach zmniejszenie liczby jasnych, odbijających światło chmur nisko położonych nad wschodnim Pacyfikem. Obszar ten znajduje się u zachodnich wybrzeży Ameryk. Wcześniej odnotowywano również wzrost temperatury powierzchni wody na skutek zmiany warunków klimatycznych, zwanej oscylacją dekady Pacyfiku. To z kolei wiąże się z tak zwanym globalnym ociepleniem.

Wcześniej wielu naukowców miało nadzieję, że cieplejsza Ziemia może prowadzić do większej liczby chmur i wyższego albedo, co z kolei pomogłoby złagodzić ocieplenie i zrównoważyć system klimatyczny. Ale sądząc po danych ekspertów, ma miejsce odwrotny proces.

Być może na zmniejszenie albedo miała wpływ pandemia COVID, która spowodowała znaczące ograniczenie ruchu lotniczego. Skoro samolotów latało dużo mniej to nad naszymi głowami zasiewano też mniej szachownic zwanych "smugami kondensacyjnymi". Tak się składa, że to właśnie one często ewoluują stając się chmurami typu cirrus, które szczelnie pokrywają niebo. Taki zasiew powoduje, że Ziemia odbija dużo więcej promieniowania słonecznego, co przynajmniej teoretycznie, powinno obniżyć temperaturę Ziemi i wpłynąć na redukcję efektu cieplarnianego.

Naukowcy nie wiedzą do końca jak przebiega tworzenie się pierwiastków chemicznych we Wszechświecie, ani skąd pochodzą ciężkie pierwiastki, takie jak złoto czy uran. Wykorzystując symulacje komputerowe, zespół ekspertów z Centrum Badań Ciężkich Jonów. Helmholtz w Darmstadt w Niemczech wraz z kolegami z Belgii i Japonii próbują udowodnić, że fuzja ciężkich pierwiastków jest procesem charakterystycznym dla czarnych dziur, wokół których tworzą się dyski akrecyjne.

Wszystkie ciężkie pierwiastki obecne na Ziemi powstały w ekstremalnych warunkach gdzieś w kosmosie. Wewnątrz gwiazd, podczas eksplozji gwiazd, a także podczas zderzeń między gwiazdami neutronowymi. Badaczy interesuje, które z tych zdarzeń i procesów mogą spowodować powstanie najcięższych pierwiastków, takich jak złoto czy uran. 

Kiedy w 2017 roku naukowcy mogli po raz pierwszy zaobserwować fale grawitacyjne wraz z odpowiadającym im światłem w zakresie elektromagnetycznym – było to połączenie dwóch gwiazd neutronowych – odkryli, że podczas takich zdarzeń może powstać znaczna ilość ciężkich pierwiastków. Jednak pytanie, kiedy i dlaczego następuje erupcja materiału, a także możliwe alternatywne scenariusze syntezy ciężkich pierwiastków, nadal pozostawały otwarte.

Najbardziej obiecującymi kandydatami na kopalnię złota we Wszechświecie są czarne dziury otoczone wirującym dyskiem materii zwanym dyskiem akrecyjnym. Taki układ powstaje w wyniku połączenia dwóch masywnych gwiazd neutronowych, a także w wyniku tzw. kolapsara, zapadnięcia się i późniejszej eksplozji wirującej gwiazdy. Skład wewnętrzny takich dysków akrecyjnych był do tej pory niewystarczająco zbadany, w szczególności w odniesieniu do warunków, w których zachodzi powstawanie nadmiaru neutronów. Wysoka koncentracja neutronów jest podstawowym warunkiem reakcji syntezy pierwiastków ciężkich, gdyż umożliwia rozwój szybkiego procesu wychwytu neutronów, czyli r-procesu. Prawie bezmasowe neutrina odgrywają kluczową rolę w tym procesie, ponieważ umożliwiają konwersję między protonami i neutronami.

Źródło: pixabay.com

W pracy naukowej po raz pierwszy systematycznie przeanalizowano współczynniki konwersji neutronów i protonów dla dużej liczby konfiguracji dysków za pomocą symulacji komputerowych i odnaleziono warunki, w których dyski są bogate w neutrony. Decydującym czynnikiem jest całkowita masa dysku. Im bardziej masywny dysk, tym częściej neutrony powstają z protonów w wyniku wychwytywania elektronów podczas emisji neutrin. Zgodnie z ustaleniami badania, optymalna masa dysku otaczającego czarną dziurę do produkcji dużych ilości złota i innych ciężkich pierwiastków wynosi od 0,01 do 0,1 masy Słońca.

Praca została opublikowana w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Naukowcy z Uniwersytetu w Waterloo przeprowadzili eksperyment, którego wyniki będą miały ważne znaczenie dla rozwoju komputerów kwantowych. Ich osiągnięcie, pierwsze takie w historii, polega na podzieleniu jednego fotonu na trzy części.

Aby tego dokonać, zespół stworzył niegaussowski stan światła z pomocą spontanicznej parametrycznej konwersji w dół (SPDC). Tradycyjny proces SPDC sprawia, że jeden foton o wyższej energii przechodzi w dwa fotony o niższej energii i jest to powszechnie stosowana metoda do wytwarzania splątanych par fotonów. Jednak bezpośrednie generowanie trypletów fotonowych dzięki pojedynczemu procesowi SPDC nie było dotychczas możliwe.

Naukowcy wykorzystali więc fotony mikrofalowe, aby rozszerzyć limity SPDC, a stosując nadprzewodnikowy rezonator parametryczny udało się stworzyć pierwsze tryplety fotonowe. W toku trwających obecnie badań, zespół próbuje wykazać splątanie kwantowe fotonów.

Zaobserwowane stany były silnie niegaussowskie, co zdaniem naukowców, ma ważne implikacje dla potencjalnych zastosowań. Wyniki eksperymentu mogą znacząco przyczynić się do rozwoju komunikacji kwantowej z polami mikrofalowymi i obliczeń kwantowych o zmiennej ciągłości oraz istotnie wpłynąć na optykę kwantową.

Naukowcy ze School of Physics and Astronomy na University of Glasgow w Wielkiej Brytanii udowodnili hipotezę, która sugeruje, że zaawansowane technologicznie cywilizacje pozaziemskie mogą potencjalnie pozyskiwać energię z wirujących czarnych dziur. Artykuł naukowców na ten temat został opublikowany w czasopiśmie Nature Physics.

W 1969 roku brytyjski fizyk Roger Penrose zasugerował, że kosmici mogą pobierać energię z obracającej się czarnej dziury, ponieważ cząstki lub fale przelatujące przez ergosferę odbierają energię rotacji czarnej dziury (zjawisko to znane jest jako proces Penrose'a). Radziecki fizyk Jakow Zeldowicz rozwinął tę ideę i wysunął hipotezę, że szybko obracający się cylinder jest w stanie wzmocnić „wirujące” fale elektromagnetyczne, które na niego padają, w tym fluktuacje kwantowe w próżni. Jednak efekt ten nie został jeszcze zweryfikowany eksperymentalnie, ponieważ cylinder musiałby się obracać z częstotliwością co najmniej miliarda razy na sekundę, a to niewykonalne dla naszej technologii.

W nowej pracy naukowcom po raz pierwszy udało się zaobserwować efekt Zeldowicza uzyskany za pomocą fal akustycznych o częstotliwości 60 herców. Podczas eksperymentu naukowcy zainstalowali 16 głośników w kształcie pierścienia i skierowali dźwięk w stronę obracającego się dysku wykonanego z pianki pochłaniającej hałas. W tym przypadku fale akustyczne z jednego głośnika opóźniały się fazowo od fal z drugiego głośnika, co umożliwiło symulację momentu pędu orbity. Warunki potwierdzające efekt Zeldowicza zostały osiągnięte poprzez obracanie dysku z częstotliwością zaledwie 15-30 obrotów na sekundę.

Z kolei proces Penrose'a zachodzi, gdy ciało składa się z dwóch części, z których jedna wykracza poza horyzont zdarzeń. Jeśli dwa fragmenty mają określone prędkości, specjalne położenie względem siebie i poruszają się po prawidłowych ścieżkach, wówczas upadek jednego fragmentu przenosi energię na drugą część, większą niż energia pierwotna ciała. Dla zewnętrznego obserwatora wygląda to tak, jakby ciało zostało podzielone na część z energią dodatnią i część z „energią ujemną”, która, gdy spada poza horyzont, zmniejsza pęd kątowy czarnej dziury. W rezultacie pierwszy fragment „odbiera” energię z obrotu czarnej dziury.

Zapewne jeszcze bardzo długo nie będzie możliwe zastosowanie założeń procesu Penrose'a, ale nie można wykluczać, że na pewnym poziomie rozwoju cywilizacyjnego, nastąpi okiełznanie takich sił przyrody jak czarne dziury.