Η τριλογία του φωτονίου

Η άσκηση αφιερώνεται στον Διονύση Μάργαρη Κλιντ Ισγουντ ο οποίος έχει απασφαλίσει και πυροβολεί …φωτόνια στην τριλογία του φωτονίου (ακτινοβολία μέλανος σώματος, φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, φαινόμενο compton) ως άλλος Κλιντ Ισγουντ στην τριλογία του δολαρίου του Σέρτζιο Λεόνε με την ανεπανάληπτη μουσική υπόκριση απο τον τρισμέγιστο μαέστρο Ένιο Μορικόνε. Όποιος δεν έχει δεί την ταινία να την δεί και όποιος δεν έχει διαβάσει τις αναρτήσεις του Μάργαρη να το κάνει(Βεβαίως πάνω στο θέμα έχουμε εξαιρετικές αναρτήσεις και απο τον Ριζόπουλο και άλλους συναδέλφους).

Η ανάρτηση έχει να κάνει με την πίεση ακτινοβολίας. Τα φωτόνια μεταφέρουν ορμή και όταν προσκρούουν σε επιφάνεια η μεταβολή της ορμής αντιστοιχεί σε δύναμη άρα πίεση. Όπως θα δείτε στην κομπογιαννίτικα λυμένη άσκηση( άλλωστε την ακτίνα μαύρης τρύπας στη Β λυκείου κομπογιαννίτικα τη βρίσκουμε αλλά και σε πανεπιστημιακά λένε προκύπτει απο τις εξισώσεις πεδίου της γενικής σχετικότητας αλλά μπορούμε να τη βρούμε και κλασικά με Νευτώνεια βαρύτητα).

Η πίεση ακτινοβολίας σε απόσταση d από την πηγή(ήλιος πχ) εξαρτάται από την ένταση της ακτινοβολίας στην απόσταση αυτή. Συγκεκριμένα P = Id/c . Πρόκειται για μία μικρή πίεση έξω από το άστρο, στο εσωτερικό του όμως με τις θερμοκρασίες των δεκάκις εκατομμυρίων Κέλβιν και άνω η πίεση αυτή εξισορροπεί την πίεση που οφείλεται στη βαρύτητα των υπερκείμενων στρωμάτων(υδροστατική ισορροπία). Αυτή η ισορροπία κρατάει το άστρο στη ζωή και διαταράσσεται όταν το άστρο φτάνει στο τέλος της ζωής του. Στο εσωτερικό του ήλιου μας επικρατεί υδροστατική ισορροπία επί 5 δις χρόνια και θα συνεχιστεί για άλλα 5 δις.

Η άσκηση που ακολουθεί  έχει να κάνει στην πίεση ακτινοβολίας σε κόκκο σκόνης της ουράς ενός κομήτη. Έχει πέσει στο περίπου σε διαγωνισμό αστρονομίας αλλά δεν είναι για μαθητές Γ’ Λυκείου. Καλό είναι όμως να την έχουμε στα υπόψη.

Όπως βλέπετε στην εικόνα κάθε κομήτης έχει δύο ουρές. Την ουρά ιόντων (gas tail) και την ουρά σκόνης. Η ουρά ιόντων αποτελείται από ιονισμένα μόρια αερίων και η ουρά σκόνης από κόκκους σκόνης. Καθώς ένας κομήτης περνά την τροχιά του Άρη ο ήλιος θερμαίνει το κύριο τμήμα του(κόμη) και εξαερώνει τα παγωμένα αέρια, παράλληλα η υπεριώδης ακτινοβολία ιονίζει τα μόρια αυτά με αποτέλεσμα να αλληλεπιδρούν με το πλάσμα του ηλιακού ανέμου και να παρασύρονται απο αυτόν σε κατεύθυνση ακριβώς απέναντι από τον ήλιο όπως βλέπετε στην εικόνα. Οι ουρές ιόντων έχουν μπλέ χρώμα που οφείλεται στο κυρίαρχο ιόν CO+

Καθώς τα αέρια φεύγουν από την κόμη παρασύρουν και σκόνη αποτελούμενη από μικρούς κόκκους διαμέτρου της τάξης του 1 μικρού(1 μ). Οι κόκκοι σκόνης δέχονται την πίεση της ηλιακής ακτινοβολίας και αργά αλλά σταθερά διασκορπίζονται κατά μήκος της τροχιάς του κομήτη σχηματίζοντας μία λωρίδα από την οποία όταν διέρχεται η γη έχουμε τις βροχές διαττόντων. Οι κόκκοι σκόνης ανακλούν το φως του ήλιου με αποτέλεσμα οι ουρές σκόνης να έχουν κίτρινο χρώμα(εικόνα κάτω με τις δύο ουρές).

Οι δύο ουρές παρά το γεγονός ότι μπορεί να έχουν μήκος έως και 4 αστρονομικές μονάδες (600 εκ km) είναι πολύ αραιές. Αν υγροποιήσουμε την ουρά ιόντων ζήτημα να γεμίσουμε μια πισίνα. Για τη σκόνη μπορούμε να καταλάβουμε από το γεγονός ότι όταν η γη περνάει από το κέντρο της λωρίδας σκόνης με μεγαλύτερη συγκέντρωση κόκκων δε βλέπουμε παραπάνω από 50-100 μετέωρα όλο το βράδυ.

Τέλος να αναφέρω ότι παλιά είχε πέσει η ιδέα να βάψουμε έναν αστεροειδή λευκό ώστε η πίεση ακτινοβολίας να του αλλάξει τροχιά. Λευκό γιατί ανακλά 100% το ηλιακό φως και η μεταβολής της ορμής άρα και η πίεση θα είναι διπλάσια από το εάν το απορροφήσει πλήρως. Πάντως η ιδέα έμεινε ιδέα γιατί καλώς ή κακώς η πίεση ακτινοβολίας έχει αυτόν τον παρονομαστή c που την καθιστά πολύ πολύ μικρή.

ΑΣΚΗΣΗ ΠΙΕΣΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

ή με κλικ εδώ.

 

(Visited 389 times, 1 visits today)
Subscribe
Ειδοποίηση για
4 Σχόλια
Inline Feedbacks
Όλα τα σχόλια
Διονύσης Μάργαρης
Διαχειριστής
4 μήνες πριν

Καλημέρα Άρη και σε ευχαριστώ για την αφιέρωση.
Πίεση ακτινοβολίας, αλλά και πυροβολισμοί από …Κλιντ Ίσγουντ!
Συνειρμοί…

Ανδρέας Ριζόπουλος
Αρχισυντάκτης
4 μήνες πριν

Καλησπέρα Άρη. Στην ανάρτησή σου βλέπουμε τι μπορεί να κάνει η πίεση των φωτονίων που εκπέμπονται από τον Ήλιο. Είχα εντυπωσιαστεί μάλιστα από την ιδέα που διάβασα για πρώτη φορά σε βιβλία του Άρθουρ Κλαρκ, για ταξίδι στο Ηλιακό μας σύστημα με τη βοήθεια ηλιακών πανιών.
Η ιδέα αυτή όχι μόνο δεν έχει μείνει στα χαρτιά αλλά αναμένεται να δώσει λύσεις στο μέλλον στα διαπλανητικά ταξίδια.
Και επειδή τα φωτόνια είναι πλέον επίσημα στο Λύκειο, θα βάλω ένα αρθράκι για το θέμα.
Ένα γκατζετάκι που κυκλοφορεί, το ακτινόμετρο Crookes, έχω δει να εξηγούν την κίνησή του με την πίεση της ακτινοβολίας. Η άσκησή σου αποδεικνύει όμως ότι αυτή είναι πολύ μικρή. Το ακτινόμετρο λειτουργεί λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας των πτερυγίων του, που είναι βαμμένα σε μαύρο και ασημί χρώμα και έχουν διαφορετικό συντελεστή απορρόφησης. Τα μόρια του εγκλωβισμένου αέρα χαμηλής πίεσης συγκρούονται με τα τπτερύγια και μεταφέρουν ορμή.
comment image
Να είσαι καλά!