California, Zürichi ja Princetoni ülikooli füüsikute poolt läbi viidud rohkem kui 70 000 galaktikat hõlmav uurimus kinnitab, et vähemalt 3,5 miljardi valgusaasta raadiuses Maast kehtivad üldrelatiivsusteooria poolt seatud piirangud.

Analüüsides galaktikate kiirust ning paiknemist ja nende vahelise aine paigutust näitasid teadlased, et Einsteini teooria seletab lähiuniversumit paremini kui ükskõik mis teine alternatiivne gravitatsiooniteooria. See vihjab aga omakorda tumeaine eksisteerimisele. Seda kinnitab fakt, et galaktikad ja galaktikaparved liiguvad nagu mõjutaks neid mingisugune nähtamatu mass. Märkimisväärsena falsifisitseeriti ka tensor-vektor-skalaar (TeVeS) teooria, mis on üldrelatiivsusteooria kergelt modifitseeritud variant, et vältida tumeaine kaasamist. Samuti lähevad tulemused vastuollu ka eelmise aasta lõpus avaldatud uurimusega, et 8-11 miljardit aastat tagasi oli gravitatsiooni olemus teistsugune kui praegu.

„Kosmoloogilisele skaalale minemine on tore, kuna saame kontrollida ükskõik millist alternatiivset gravitatsiooniteooriat, kuna need peaksid kehtivuse korral vaatlusandmetega kokku minema. Alternatiivsed teooriad, mis tumeaine olemasolu ei ennusta, lähevad kogutud andmetega vastuollu.“ ütles uurimuse üks kaasautoreid Uros Seljak.

Einsteini üldrelatiivsusteooria kohaselt painutab gravitatsioon ruumi ja aega, mis tähendab, et valgus paindub suure massiga objektide, nagu galaktikate tuumade, lähedal. Teooriat on mitmeid kordi Päikesesüsteemi siseselt kinnitatud, ent galaktilises või kosmilises mastaabis on uurimused olnud veel ebaveenvad. „Üldrelatiivsusteooriat on galaktilises mastaabis kinnitatud mõningate ebatäpsete testidega, ent alternatiivsed teooriad lähevad katsetulemustega selgelt vastuollu,“ ütles Seljak.

Sellised testid on viimastel aastakümnetel oluliseks muutunud, kuna asjaolu, et suure osa universumist moodustab nähtamatu mass häirib siiani mõningaid teoreetikuid. Tumeenergia hülgamiseks on nad valmis minema isegi nii kaugele, et kahelda üldrelatiivsusteooria paikapidavuses. Nii väidab näiteks TeVeS, et gravitatsioonist põhjustatud kiirendus sõltub lisaks keha massile ka gravitatsiooni poolt põhjustatava kiirenduse väärtusest. Samasuguseid kõhklusi tekitab tumeenergia kontseptsioon, mis põhjustab universumi kiirenemist. Seetõttu arendati välja teisi teooriaid nagu dubleeritud f(R) teooria, mis seletab paisumist ilma tumeenergia kaasamiseta.

Sloani digitaalse taevauuringu galaktikate paiknemise kaart 7 miljardi valgusaasta ulatuses. Allikas: M. Blanton, Sloan Digital Sky Survey

Võistlevate teooriate kinnitamine või ümberlükkamine ei ole aga Seljaki sõnul kerge. Kosmoloogilised eksperimendid nagu kosmilise taustakiirguse mõõtmisega kaasneb tavaliselt ruumi võnkumiste mõõtmine. Gravitatsiooniteooriad aga ennustavad tiheduse ning kiiruse või gravitatsioonilise potentsiaali vahelist suhet. „Probleem on selles,et võnkumiste suurus ei ütle meile midagi kosmoloogiliste teooriate kohta. Meie rakendatud tehnika uudsus seisneb selles, et antud vaatlused ei tugine võnkumiste suurusele. Vaatlusandmete hulk on üldrelatiivsuse kontrollimiseks kui laetud relv,“ väitis Seljak

Kolm aastat tagasi soovitas Pengjie Zhangi juhitud astrofüüsikute töörühm Shanghai observatooriumist kasutada kosmoloogiliste mudelite kontrollimiseks dubleeritud EG-d. EG näitab, kuidas galaktikad paiknevad ning kui palju on nende asukoht ainet läbiva valguse paindumise tõttu moonutatud on. Protsessi nimetatakse nõrgaks fokuseerimiseks ning selle tõttu võivad ümmargused galaktikad näida ovaalsetena.

„Lihtsalt öeldes on EG proportsionaalne universumi keskmise tihedusega ning pöördvõrdeline universumi struktuuride moodustumise kiirusega. Antud kombinatsioon jätab kõrvale võnkumiste suuruse ja seega keskendub antud kombinatsioonile, mis on üldrelatiivsuse modifikatsioonide kontrollimiseks ülioluline,“ ütles Seljak

Kasutades rohkem kui 70 000 kauge punase galaktika andmeid Sloani digitaalsest taevauuringust arvutasid Seljak ning tema kolleegid EG suuruse ning võrdlesid seda TeVeS-i, f(R)-i ning praeguse üldrelatiivsusteooria ja külma tumeaine/tumeenergia kombineeritud mudeliga. TeVeS-i ennustused olid lubatud veapiiridest väljaspool, mil üldrelatiivsusteooria oli tegelike andmetega kooskõlas. f(R)i poolt ennustatud EG oli mõnevõrra väiksem kui vaadeldud EG, ent siiski lubatud veapiirides.

Galaktikaparv Sloani digitaalsest taevauuringust, mis on vaid üks paljudest eredatest käesolevas uuringus kasutatud elliptilistest galaktikatest. Allikas: Sloan Digital Sky Survey

Vea vähendamiseks ning et kontrollida teooriaid, mis jätavad kõrvale tumeenergia kontseptsiooni, loodab Seljak oma analüüsi laiendada miljonite galaktikateni. Viimane saab võimalikuks, kui SDSS-III barüonite võnkumiste spektroskoopiline uuring (BOSS) umbes viie aasta pärast lõpetatakse. LBNL-i ja UC füüsikute poolt kavandatav uuring BigBoss vähendaks viga isegi 10 kordselt. Lisaks saab lisaandmeid plaanitavatelt NASA ühendatud tumeenergia missioonilt (JDEM) ning Euroopa Kosmoseagentuuri Eukleidese missioonilt umbes 10-15 aasta pärast. Siiski rõhutab Seljak, et antud eksperimendid ei ütle meile siiski midagi tumeaine või tumeeenergia olemuse kohta, mida saab kontrollida vaid otsese vaatluse alusel.

Allikas:

California ülikooli pressiteade

Study validates general relativity on cosmic scale, existence of dark matter
Lisaks:

Tumeenergia paradigma vahetus

Washingtoni ülikooli uurimus heidab valgust kääbusgalaktikate kujunemisele

Alates1993. aastast  tähistatakse 22. märtsil maailma veepäeva. Tegemist on 1992. a Rio de Janeiros toimunud ÜRO Keskkonna-ja arengukonverentsi initsiatiiviga, et juhtida avalikkuse tähelepanu kvaliteetse joogivee nappuse probleemile maailmas, teadvustada veevarude kaitsmise vajadust ning innustada valitsusi, kodanikeühendusi ja erasektorit tegema ühiseid jõupingutusi veevarude säilitamiseks.

GLOBE programm julgustab kõiki koole osa võtma Maailma Veepäeva üritustest. GLOBE World Water Day üritused keskenduvad eelkõige vee kvaliteedi mõõtmistele 22. märtsil ja sellele järgneval nädalal. Põhiliselt palutakse teha vee pH-mõõtmisi, kuid ühtlasi võiks teostada ka muid hüdroloogiamõõtmisi. Lisaks mõõtmistele on päev heaks võimaluseks näidata GLOBE-programmi üldhariduslikku võimekust, suurendades laste teadmisi terendavast Maa puhta vee kriisist.

Täpsemat infot:

http://www.globe.gov/content/event/WWD10

http://www.worldwaterday2010.info/

MIT teadlaste töörühm on avastanud uue nähtuse, mis põhjustab energiarikaste lainete läbi süsiniknanotorude liikumisel elektrivoolu tekke, mis võib viia uue elektritootmisviisini.

Avastatud fenomeni võiks võrrelda ookeani poolt kantavate triivpuudega, mööda mikroskoopilist juhet liikuv soojusenergialaine põhjustab analoogselt elektronide liikuma hakkamise, tekitades sellega elektrivoolu. Protsessi kriitiliseks komponendiks on aga süsiniknanotorud, mis on seest õõnsad ning pelgalt mõne nanomeetrise läbimõõduga süsinikaatomite poolt moodustatavad struktuurid. Viimased on olnud viimasel kahel aastakümnel koos grafeeni ning jalgpallilaadsete fullereeni molekulidega materjaliteaduses toimuva uurimistöö fookuseks. Ajakirjas Nature Materials 7.märtsil ilmunud artikli vanemautor Michael Strano sõnul avab aga termoelektrilaineteks nimetatav nähtus tee uue energiaalase arendusstöö tegemiseks

Läbi viidud eksperimentides kaeti elektrit ning soojusenergiat juhtivad nanotorud kergesti põleva kütusega, mis toodab lagunedes energiat. Kütuse süütamisel laseri või kõrgepinge sädemega tekkis nanotorudes kiiresti liikuv soojuslaine, mis liigub süsiniknanotorude eriomaduste tõttu selles tuhandeid kordi kiiremini kui kütuses endas. Põlemistemperatuuriga 3000 kelvinit liikus soojusesõõr 10 000 korda kiiremini kui harilik keemiline reaktsioon, lisaks põhjustas liikuv sõõr teadlasi hämmastaval kombel ka elektronide liikuma hakkamise.

Süsiniknanotorud võivad pakkuda uut viisi soojusest elektritootmiseks. Allikas: Christine Daniloff

„Süütelaineid,“ nagu mööda traati liikuvad soojuslained, on matemaatiliselt õpitud juba üle 100 aasta. Siiski oli Strano esimene, kes ennustas selliste lainete juhtimist nanotorudega, samuti tekitatavat elektrivoolu. Töörühma esimestes eksperimentides olid teadlased äärmiselt üllatunud nähes, kui suure voolu kütuse põlemine reaalsuses põhjustab. Pärast mõningast arendustööd suutsid süsiniknanotorud proportsionaalselt välja anda umbes 100 korda rohkem energiat kui liitiumioon patarei. Kuigi mõningates pooljuhtides tekib neid soojendades elektriline potentsiaal (Seedbeck’i efekt, J.J.O.,) on see süsinikus äärmiselt väike.

Viimase põhjal arvab Strano, et antud nähtuses toimub midagi muud, kutsudes protsessi elektronresonantsiks (elektron entraiment,) kuna elektrivoolu suurus tundub olevat proportsionaalne lainekiirusega. Soojuslaine paistab elektrilaengu kandjaid – elektrone või elektroniauke – harmooniliselt võnkuma panema, täpselt nagu ookeanilained kannavad oma pinnal edasi rususid. Strano sõnul on äärmiselt tõenäoline, et viimane vastutabki süsteemis tekkiva kõrgepinge tekkimise eest.

Kuna tegu on siiski uue avastusega, on äärmiselt raske ennustada, mis selle praktilisteks kasutusaladeks saavad. Siiski annab Strano aimu äärmiselt väikeste elektroonikaseadmete tootmisest, mis võivad olla sama suured kui riisiterad. Organismi süstides võiks neid kasutada kui sensoreid või raviseadmeid, keskkonnauuringutes võiks see viia tolmuna atmosfääri pihustavate keskkonnavaatlusseadmetena.

Teoreetiliselt võivad sellised seadmed oma energiat igavesti talletada, kuni neid lõpuks kasutatakse. Praeguste patareide puuduseks on see, et neist lekib pidevalt energiat ka neid reaalselt kasutamata. Lisaks, kuigi nanojuhtmed on väiksed, saaks neist suuremaid süsteeme konstrueerida seadmeid, mis annavad ka rohkem energiat.

Järgmise sammuna plaanivad uurijad katsetada oma teooria teist külge – kasutades lagunemisreaktsioonis erinevaid materjale, võib hakata lainefront teoreetiliselt võnkuma, põhjustades seega alalisvoolu tekke. See omakorda avaks tööpõhimõtte praktikasse viimiseks uusi võimalusi, kuna vahelduvvoolu kasutakse näiteks raadiolainete tekitamiseks. Praegusel hetkel on aga kõik energiatalletusseadmed alalisvoolu tootvad. Samuti plaanitakse tegeleda praeguse süsiniknanotorudesüsteemi efektiivsuse tõstmisega, kuna suur osa energiast vabaneb hetkel soojuse ja valgusena.

Allikas:

MIT: “Big power from tiny wires”

Selle avastamisest  saadik on grafeen jätkuvalt huvi äratanud. Mitmel erineval viisil grafiidist saadav grafeen on moodustatud ühest kihist kuusnurkselt paiknevatest süsiniku aatomitest. Oma ehituse tõttu pakub grafeen kõige rohkem huvi just nanostruktuuride vallas. Lisaks grafeeni tänu selle elektrilistele ja optilistele omadustele võimalik kasutada alternatiivina muudele materjalidele nii elektroonikas kui ka sensorites. Räägitakse ka grafeeni kasutamise võimalustest energiaga seotud rakendustes. Grafeenlehti erinevail viisidel kombineerides on võimalik muuta selle omadusi ning panna see täitma erinevaid funktsioone.

Kahjuks on grafeeni valmistamine aga keeruline protsess. Samuti on siiani olnud mõneti keeruline ka grafeeni kihtide paksuse kontrolli all hoidmine. Lahenduseks sellele probleemile on välja mõelnud grupp teadlasti California ülikoolist  Berkeley’s. Vastav artikkel “Metal-catalyzed crystallization of amorphous carbon to graphene” ilmus ajakirjas Applied Physics Letters.

,,Valmistatava grafeeni paksuse kontrolli all hoidmine on väga tähtis,” sõnas Ali Javey, selle projekti juht. ,,Meie lähenemine seisneb mittekristalse süsiniku  muutmises kristalseks grafeeniks. Me leidsime, et kontrollides esialgse amorfse süsiniku paksust on võimalik kontrollida ka kristalse grafeeni paksust. Tänu meie protsessile on võimalik paremini kindlustada saadava grafeeni omadusi, ning see on erinevate rakendustega seoses väga vajalik.”

Javey ja tema töörühm kasutasid senisest grafeeni valmistamise meetodist erinevat viisi. ,,Suuremas osas on kasutatud keemilise sadestamise protsessi,” seletab ta. ,,Substraadil on katalüütiline kiht ning kuumutamise ajal lastakse kambrisse süsinikku sisaldavat gaasi nii, et süsinik sadestub. Et  see pole aga kinnine protsess, tõmbub ligi pea lõpmatu arv keskkonnas leiduvaid süsiniku aatomeid. Seetõttu ongi raske kontrollida saadavate süsiniku kihtide arvu.”

Võti kontrolli saavutamiseks seisneb sellise keskkonna loomises, kus süsiniku aatomite arv oleks piiratud. ,,Oma protsessis kasutasime me tahket süsinikuallikat, mis sadestatakse substraadile lõpliku paksusega kihina. Sinna peale asetatakse katalüütiline kiht. Kuna kontrolli all on juba esialgse süsiniku kihi paksus on võimalik kontrollida ka saadavate kihtide arvu,” seletab Javey.

,,See on tähtis kuna süsinikukihi paksus mõjutab otseselt grafeeni elektrilisi, optilisi ja mehaanilisi omadusi. Suutlikkus kontrollida grafeenikihte lubab toota grafeeni erinevateks otstarveteks, mis aga suurendab grafeeni kasutusvõimalusi üleüldises skaalas,” lisab ta.

Järgmiseks sammuks on teha kindlaks kas sel viisil ning keemilisel sadestamisel saadud grafeeni kvaliteedid ühtivad. ,,See on igatahes paljulubav,” on Javey kindel. ,,Võrdlemiseks kasutasime Ramani spektroskoopiat ning sellest selgus et kvaliteet on hea. Kvaliteedi veel paremaks hindamiseks valmistume lisaks läbi viima ka elektrilist analüüsi.”

Javey loodab, et tulevikus võimaldab selline meetod grafeeni laialdasemat kasutust. ,,Grafeenile on mitmeid rakendusi, kuid mõistes selle olemust  paremini on meil võimalus sellest veel rohkem kasu saada.”

Töörühma teisteks liikmeteks olid Roya Maboudian ning tema kolleegid Berkeley ülikoolist.

Lisaks:

Artikkel ajakirjas Applied Physics Letters: http://link.aip.org/link/?APPLAB/96/063110/1

Artikkel lehel Physorg.com: http://www.physorg.com/news186755474.html

Valminud on Teadusbussi Astronoomia ja Kosmose teemalist etendust tutvustav filmiklipp. Vaadake ise järgi!

Teadusbuss ja Kosmos

Teadlased on hiljuti teinud edusamme kõndimisest, hingamisest ja muudest loomulikest kehalistest liigutustest energia ammutamisel, et varustada energiaga näiteks mobiiltelefone ja südamestimulaatoreid. Ajakirjas Nano Letters ilmunud artiklis seletatakse painduvate, elusorganismis kohanduvate kummikilede väljatöötamist, mida saab kasutada siiratud või kaasaskantava energiatootjana. Näiteks saab materjali kasutada energia ammutamiseks  kopsude liikumisest hingamisel ning kasutada seda südamestimulaatori tööshoidmiseks, välistades seega patarei vahetamiseks tehtavate korduvate kirurgiliste operatsioonide vajaduse.

,,Piesokumm," pilt: Frank Wojciechowski

Michael McAlpine ja kolleegid juhtivad tähelepanud faktile, et paljukasutatavad käepärased elektroonilised seadmed kasutavad üha vähem ja vähem energiat. See avab aga võimaluse täiendada patareilt saadavat energiat keha liigutustest saadavaga. Parimaks kandidaadiks on nii-öelda ,,piesoelektrilised” materjalid , sest painutades või rõhudes on need võimelised tootma elektrienergiat. Piesoelektriliste materjalide tootmiseks on aga vaja üle 530-kraadiseid temperatuure, mis teeb keeruliseks nende kombineerimise kummiga.

Nüüd on aga teadlased välja mõelnud uue meetodi, mis need tootmisprobleemid lahendab. Tänu sellele meetodile oli võimalik asetada üliväikesed(iga haru on umbes 1/50000-ndik inimjuukse laiusest) plii-tsirkonaat-titanaat(PZT) ribad painduvatele silikoonribadele. PZT on üks kõige efektiivseimaid piesoelektrilisi materjale, mis siiani välja töötatud. See on võimeline muundama 80% mehaanilisest energiast elektrienergiaks. Lõpptulemuseks saadi üliõhuke kile, mida teadlased ise nimetavad ,,piesokummiks” ning mis paistab olevat suurepärane kandidaat kehaliigutustest energia ammutamiseks.

Lisaks: http://www.physorg.com/news186246669.html

Teadusartikkel: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl903377u

American Chemical Society ajakirjas Nano Letters ilmunud artikkel kirjutab võimalusest tulevikus keemiatehaste, autode ja päikesepatarei komplekside poolt tekitatud soojust ära tarvitada elektrienergia tootmiseks, kasutades selleks süsinik-nanotoru elektroodide põhjal  ehitatud kütusekehi. Uurimustöö viis läbi Dr.Ray Baugham , Alan G. MacDiarmid Nano Tech instituudi direktor, koostöös rahvusvahelise uurimisrühmaga.

Tehastes või torujuhtmetes hetkel raisatava soojusenergia efektiivne ära kasutamine  võiks luua kohalikke puhta energia allikaid, mis omakorda tooks kaasa hindade odavnemise ja organisatsioonide energia jalajälje vähendamise.

Uued küttekehad kasutavad nanotoru-elektroode, mis ületavad harilike elektroodide energiaülekande efektiivsuse kolmekordselt.

Üks demonstreeritud küttekehadest näeb välja täpselt nagu kellades, kalkulaatorites ja muudes väikestes elektroonikaseadmetes kasutatav patarei.  Üheks põhiliseks erinevuseks on aga see, et need uued küttekehad genereerivad energiat pidevalt mitte ei saa tühjaks nagu patareid. Teadustöö andis aluse ka teistele küttekehadele, kaasa arvatud elektrolüüdiga täidetud ja  tekstiiliga eraldatud nanotorude lehekesed, mida on võimalik paigutada ümber torujuhtmete, mis kannavad tehaste või elektrijaamade kõrgetemperatuurilisi jäätmeid. Temperatuurierinevus torujuhtme ja seda ümbritseva ala vahel loob elektrokeemilise potentsiaalierinevuse süsinik-nanotorude kihtide vahel, mida küttekehad siis elektrienergia genereerimiseks ära kasutavad.

Uurimisgrupp arvab, et tulevikus toodavad mitmekihilised süsinik-nanotorudest küttekehad vabalt saadavast jäätmeenergiast toota elektrit hinnaga  2,76 dollarit/W (68,48 kr/W, SEB), võrreldes päikesepatareidelt saadavaga 4,31 dollarit/W (49,47 kr/W) ning seda ainult päikesepaistelise ilmaga. Väiksemate mõõtmetega küttekehi on võimalik kasutada sensorite või elektriahelate energiaga varustamiseks.

Küttekeha on elektri genereerimiseks keritud ümber roostevabast terasest toru

Uued küttekehad kasutavad ära süsinik-nanotorude erakordseid elektroonilisi, mehaanilisi, soojuslikke ja keemilisi omadusi. Nanotorude suur pind ning nende väikesest diameetrist  ja peaaegu ühemõõtmelisest struktuurist tingitud unikaalne elektrooniline struktuur võimaldab suurt voolutihedust, mis võimendab elektrienergia tootmist ning energia ammutamise efektiivsust.

,,Meie uurimuse esimese läbimurde tegi võimalikuks koostöö teadlastega kokku neljast ülikoolist Ühendriikidest, Austraaliast ning Indiast,” sõnas Baughman. ,,Teadlased Dr. Gordon Wallace’s Intelligent Polymer Research Instituudist Austraalias on meiega juba kaua aega tehniliste küsimuste lahendamise eesmärgil koostööd teinud.  Dr. Baratunde NanoEngineered Systems and Transport Lab Georgia tehnoloogiainstituudist lisas meie töösse puuduva lüli. Kavatseme ka tulevikus koostööd teha, et realiseerida kogu oma tehnoloogia kaubanduslik potentsiaal, see aga nõuab veel mitmeid läbimurdeid.

Euroopa Kosmoseagentuuri satelliit Mars Express sondeerib kolmapäeva õhtul Marsi suurima kuu pinda pelgalt 67 km kõrguselt, andes uurijatele võimaluse heita pilk salapärase kuu sisemusse. Phobos ise võib aga lähitulevikus osutada järgmiseks vahepeatuseks Maa ja Marsi vahel.

Jaanuar lõppes NASA kosmoseagentuuri jaoks mustades toonides, kuna Barack Obama viis läbi valusa otsuse kärpida agnetuurile suunatavaid rahavoogusid. Kuigi Kuu tundub Maast ahvatlevalt lähedal, on selle gravitatsioon siiski nii suur, et seal saavad maanduda vaid suured raketid. Sama kehtib ka Marsi kohta, mis tähendab omakorda praegusel ajal ülejõu käivaid missioonide maksumusi. Eelmises oktoobris järeldas sõltumatute ekspertide töörühm, et NASA eelarves tekib igal aastal 3 miljardi suurune puudujääk, kui viimane tahab tõepoolest astronaudid taas Kuule saata.

Üks arvamus Augustine raportis soovitab kaaluda NASA mehitatud missioone läheduses olevatele asteroididele ning Marsi kuudele. „Marsi missiooni maksumusest moodustab lõviosa planeedi pinnale laskumine ning sealt tagasitulek. Phobos pakub aga meile võimalust olla Marsist vaid nimetissõrme kaugusel,“ ütles Pascal Lee, Marsi Instituudi eesistuja.

Phobos: müstiline kuu meie käeulatuses. Allikas: ESA

Kuna Phobos on niivõrd väike, kehtib sama ka tema gravitatsioonivälja kohta, mis tähendab seda, et olles juba Marsi orbiidil, on vaja vaid väikseid impulsse Phobose pinnale laskumiseks ning sealt taas kosmosesse lendamiseks. Phobost võiks seega kasutada eelpostina Marsi uurimiseks, kui ka ettevalmistuspaigana Marsi pinnale laskumiseks.

Samuti on Phobos ise kosmiline mõistatus. „Me teame, mis päritolu on kõik Päikesesüsteemi kehad, mida me uurinud oleme, ent me ei tea tegelikult kuidas Phobos tekkis,“ nentis Lee. Phobos avastati koos Marsi väiksema kuu Deimosega 1877. aastal Ameerika astronoomi Asaph Halli poolt. Enamik aega nende avastamisest saadik on neid peetud vähetähtsateks kehadeks, kuna Phobos on kõigest 28 kilomeetrise läbimõõduga, mil Deimos on isegi väiksem. Seega peeti neid lihtsalt väikesteks asteroidideks, mis on Marsile lihtsalt liialt lähedale sattunud.

Vaade muutus 1970. aastatel, mil Mariner 9 ning Viking 1 & 2 Phobose koostisele esimesi pilke heitsid. Kuult peegeldunud päikesekiired näitasid, et Phobos on tume, neelates rohkem kui 90% sellele langenud Päikese valgusest, meenutades pigem süsinik-khondriite, mis on Päikesesüsteemi vanimad meteoriidid. Seega võiks Phobost ja Deimost pidada siiski lihtsalt kinnipüütud asteroidideks, ent nende orbiidid on selleks liialt eriskummalised.

Nimelt tiirlevad mõlemad Marsi ekvaatoriaalsetel orbiitidel, mis viitab sellele, et Marsi kuud moodustusid samal ajal, kui Mars ise, planeedi moodustumisest ülejäänud materjalist. Ent see tähendab seda, et kuud peaksid koosnema Marsi kivimitest, mitte süsinik-khondriitidest.

Mars Express tegi oma esimesed lähilennud 2006. ja 2007. aastal kuni 260 km kaugusel Phobose pinnast. Kasutades tillukesi muutusi satelliidi raadiosignaalis, õnnestus teadlastel mõõta enam-vähem täpselt Phobose mass. Samuti kasutades Mars Expressi kõrge resolutsioonilist kaamerat õnnestus koostada Phobosest 3D-mudel. Üllatavana selgus aga massi ja ruumala kõrvutamisel, et Phobos peab olema poorne ning sisaldama pinnaaluseid koopaid ja tühimikke.

Mars Express sooritab sellel nädalal taas Phobosest lähilennu. Allikas: ESA

Ilma tegelike pinnanäidisteta jääb Phobose koostis siiski mõistatuseks. Kui Phobos on siiski kinnipüütud asteroid, mille tihedus on väiksem kui harilikul kivimil, on Phobos 15% ulatuses seest tühi. Kui aga kuu koostises domineerivad Marsi kivimid, ulatub tühimiku suurus kuni 45%-ni. See põhjustab aga planeediteadlastele oma ette peavalu. Nii suur tühimik tähendab, et kuu ei saanud tekkida väikestest osakestest nagu harilikult, vaid näiteks mõne taevakeha põrkumise tagajärjel Marsiga. Viimane stsenaarium oleks piisav, et suuri kivimitükke orbiidile lennutada, mis seejärel ebakorrapärase kujuga taevakeha moodustaksid.

Viimase hüpoteesi kontrollimiseks lendabki Mars Express taas Phobose lähedalt mööda pelgalt 67 km kõrgusel selle pinnast. Kokku on planeeritud 12 möödalendu, millest lähim leiab aset 3. märtsil kell 22:55. Olles Phobosele nii lähedal, tõmmatakse viimast Phobose gravitasioonivälja poolt. See tähendab otseloomulikule seda, et satelliit läheneb iga sekundiga kuule paari millimeetri võrra. Viimane võimaldab Mars Expressi kontrollkeskusel teada saada, kuidas Phobose mass jaguneb Selle teadasaamiseks lülitavad nad kõik satelliidi poolt saadetava informatsioonivoo välja, mille tulemuseks on puhas satelliidisignaal. Ilma andmevoota saab signaali sagedust mõjutada vaid Phobose gravitatsiooni tõmme. Sageduse muutus küündib ühe miljardikuni ning on tingitud Doppleri efektist.

Pärast lähimat möödumist lendab Mars Express Phobosest veel 7 korda mööda, teine Expressi instrument MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding) radar on juba töökorda seatud, et Phobose pinda sondeerida. Eelmiste möödalendude abil õppis MARSIS-e meeskond, kuidas radari kiiri kuupealt tagasi põrgatada. Nüüd üritavad nad tõepoolest ka kuusisemust radarikiirte abil uurida. HRSC kaamerat kasutatakse 7. märtsile järgnevate möödalendude ajal kõrge resolutsiooniliste piltide tegemiseks. ASPERA abil uuritakse, kuidas Päikese laetud osakesed Phobose pinnaga reageerivad. SPICAM-i, PFS-i, OMEGA abil plaanitakse uurida kuu pinna omadusi ning mõõta Phobose öist -ja päevast temperatuuri. HRSC kasutatakse Vene Phobos-Grunti missiooni maandumispaiga sondeerimiseks, mis läheb käiku arvatavasti 2011/12.

Venelaste juhitud missiooni eesmärgiks on Phobose pinnal maanduda ning kuupinnast proove võtta, see võiks omakorda tuua selgust sellesse, kas Phobos on tõepoolest asteroid või on enda külge lihtsalt niivõrd kosmilist prahti kogunud. „Me ei saa otsustada Phobose päritolu üle ilma, et me teaksime millest ta tehtud on,“ ütles projekti üks kaastöölisi Rosenblatt.

Phobose pinna uurimine võib aidata heita pilku ka Marsi enda minevikku. Kuna Marsi on tihti pommitatud erinevate meteoriitide ja asteroidide poolt, on selle pinnalt õhkupaiskunud mitmeid kivimeid. Arvestades, et Phobos on pidevalt ühe poolega Marsi poole, on loogiline, et seal peaks leiduma ka Marsi süvakivimeid. „Phobos on Marsi Aleksandria raamatukogu. Näidised varase Marsi kivimitest võivad olla seal märksa paremini säilinud, kui Marsil endal,“ ütles Lee.

Phobos-Grunt võib-olla alles esimene perspektiivikas Marsi kuule tehtav missioon. „Mars peaks siiski jääma mehitatud kosmoselendude lõppeesmärgiks,“ ütles Leroy Chiao. Finantsiliste piirangute tõttu jääb ilmselt esialgseks vahelüliks just Phobos. Lee kujutab kuud ideaalse treeningpaigana ning eelpostina Marsile endale laskumiseks. Lee on teinud missioonikavandi juba Kanada kosmoseagentuurile ning kavandab teist NASA-le.

Kanada plaanitav Phobose missioon PRIME koosneks kahest osast, esiteks jääks Phobose ümber 90 päevaks tiirlema satelliit, mis täpsustaks andmeid Phobose massi, tihedust, sise -ning välisstruktuuri kohta, samuti mõõdaks PRIME Orbiter pinna vesinikusisaldust. PRIME Lander maanduks Phobose pinnale ning tegutseks kuni ühe Marsi aasta vältel, tuues selgust Phobose evolutsiooni, uurides täpselt viimase pinnakoostist.

Kui aga NASA missioonile antakse roheline tee, oleks selle maandumispaigaks Phobosel paiknev 90 meetri kõrgune monoliitstruktuur. Kosmoseaparaat maanduks selle lähedusse, võtaks sealt pinnaseproovid, misjärel liiguks kusagile kuu teise ossaa ning kordaks protseduuri. Phoboselt lahkudes oleks järgmine sarnane peatus Deimosel, mille järel naaseks aparaat taas Maale. „See oleks põnev missioon ning me oleks selle läbiviimiseks valmis viie aastaga, kui see eelarvesse mahub,“ väidab Lee.

Hoolimata sellest, kuidas järgnevatel aastatel majandusolud paranevad, jääb Phobos seni kindlasti meie odavaks kosmosekorteriks vaatega Marsile endale.

Olemuslugu on adapteeritud versioon 26. jaanuaril ajakirjas New Scientist ilmunud artiklist “Destination Phobos,  Humans Next Gigant Leap”

Lisaks on kasutatud ESA materjale Mars Expressi 3.märtsi lähilennu pressiteatest ning Phobos-Grunt missiooni kirjeldust ja Marsi Instituudi andmeid PRIME projektist.

Selle kuu uudised ja teated:

• 22.-23. märtsil toimuvad Tartus, Tähe 4 õppehoones XL Eesti füüsikapäevad ja XXXII füüsikaõpetajate päevad (NB see on esmaspäev ja teisipäev!) Füüsikapäevade kava avaneb sellelt lingilt.
• 22. märtsil toimub Eesti Füüsika Seltsi üldkogu. Paluksime kõigil Eesti Füüsika Seltsi liikmetel osa võtta või volitada mõnd teist EFS liiget ennast üldkogul esindama, saates sellekohase volikirja EFS juhatusele aadressil Tähe 4, 51010 Tartu.
• 22.märtsil toimub ka traditsiooniline seltsiõhtu Tähe 4 kohvikus. Seltsiõhtule on vaja registreeruda, tasudes osavõtumaksu 50 krooni EFS pangaarvele (Eesti Füüsika Selts, 1120073071, märksõna” seltsiõhtu, Nimi”) või füüsikapäevadel.

Vesiniku kasutamine autokütusena võib näida hetkel veel küll üsna kauge tulevikuna, kuid Yaakov Vilenchik, Emanuel Peled ning David Andelman kinnitavad, et kliimamuutustega võitlemise ajastul on see siiski täiesti realistlikuks alternatiiviks bensiinile ja diislikütusele.

2008. aasta suvel lakke tõusnud naftahinnad sundisid pea igat maalast oma rahakotti kergendama. Kõige rängema hoobi said sõidukijuhid, sest bensiini hind tanklates oli kõrgem kui kunagi varem, kuid suurenenud transpordikulud hakkasid peagi kajastuma ka toidukaupade hinnas ning selle tõusu eest ei suutnud pageda enam ükski tarbija.

Tolle ajaga võrreldes on hinnad tänaseks tublisti langenud – osaliselt võime selle eest tänada ülemaailmset majanduslangust, mille tõttu on vähenenud ka energianõudlus. Sellegi poolest ei takista miski naftabarreli hinda jälle uutesse kõrgustesse tõusmast. Kuigi naftatootjad ei väsi meile kinnitamast, et naftavarude tuleviku pärast pole mõtet muretseda, võib ülemaailmne tootmine juba enne käimasoleva sajandi keskpaika uude haripunkti jõuda ning sel juhul ei suuda pakkumine enam nõudlust rahuldada ja hinnad tõusevad jälle lakke.

Kõikuvate naftahindade nõiaringist pääsemiseks tuleb meil leida alternatiive praegustele bensiini- ja diiselmootoritele. Alternatiivsete võimaluste nimekiri pole küll pikk, kuid seal on siiski paar ideed, mida tasuks tõsiselt kaaluda – nendeks on elektriautode jõuallikana kasutatavad laaditavad akud ja kütuseelemendid. Kuna töötamisel ei eraldu neist kasvuhoonegaase, võiksid nad anda suure panuse ka kliimamuutustega võitlemisse, sest rahvusvahelise mootorsõidukitootjate organisatsiooni OICA andmetel on autotranspordi osa kogu maailma süsihappegaasi emissioonist hetkel tervelt 16%.

Laaditaval akul on mitmeid eelisi – tal on kõrge kasutegur, kulub aeglaselt ning töötab suhteliselt vaikselt ja puhtalt. Viimaste aastate jooksul on tublisti arenenud ka liitiumtehnoloogial põhinevad akud, mis on nüüd kergemad, väiksemad ning vastupidavamad kui kunagi varem. Neid hakati hiljuti testima ka hübriidautodes nagu Toyota Prius, kus akut kasutatakse koos väikese ja ökonoomse, konstantsel kiirusel töötava sisepõlemismootoriga. Pidurdamisel aku laeb ning see aitab vähendada nii kütusekulu (2/5 võrra) kui ka emiteeritavate kasvuhoonegaaside hulka. Väikestest hübriidelektriautodes kasutatavatest akudest ei piisa aga tõelise ökoloogilise revolutsiooni vallandamiseks – selleks läheks vaja juba selliseid elektriautosid, kus laetavad akud oleks ainsaks jõuallikaks  (PhysicsWorld, jaanuar 2010).

Missugused on väljakutsed vesiniku rakendamisel autokütusena?

Loe edasi …