Wednesday, November 26, 2014

Rozvinutí funkcí zářivky - čištění vzduchu

(Je možné, že už něco podobného existuje a je také patentováno. Jedná se o jeden starší text ze "šuplíku", sepsaný spíše pro zábavu a nechce se mi ztrácet čas hledáním v patentech. Je také možné, že se zde nachází nějaké faktické chyby a pár částí by bylo možná ještě dobré upravit co se týče stylu psaní.)

Úvod

Jedním z velkých problémů dnešního světa je znečištění ovzduší. Stojí za velkým množstvím předčasných úmrtí [1], jeho důsledkem například jen v USA ročně předčasně zahyne až 200000 lidí [2]. Zvyšujte také riziko vzniku rakoviny plic, srdečních selhání [3], vzniku autismu [4] či například hyperaktivity [5]. Znečištění ovzduší také dokáže zhoršit příznaky a průběh dalších zdravotních problémů (například zhoršuje problémy astmatiků).

Tyto zdravotní důsledky mají vedle zhoršení kvality života obyvatelstva také nezanedbatelný vliv na ekonomiku zasažených oblastí, a to co se týče například zvýšených nákladů na léčbu či například snížení produktivity práce v postižených oblastech.

Dalším výrazným faktorem, který se začne postupně promítat do lidských životů, je stárnutí populace a tím i zvýšení náchylnosti na tyto nepříznivé účinky znečištění.

K tomu všemu také můžeme přidat zvyšující se rezistenci bakterií k antibiotikům, která pomalu nabývá na intenzitě. Jako příklad může posloužit např. zlatý stafylokok či na síle nabírající tuberkulóza [6]. Samozřejmě zde existuje určitý pokrok v boji proti této rezistenci. Její případné výraznější důsledky ale mohou zintenzivnit výše uvedené problémy. 


Zařízení
 
Cílem dále podrobněji popsaného zařízení není všechny výše uvedené problémy nějakým zázračným způsobem odstranit. Spíše se jedná o doplnění funkcí již běžně používaných zařízení, fungujících například jako plošná osvětlení, světelné reklamy či informační tabule. Proč zrovna tento typ zařízení bude jasné z níže uvedeného popisu. Účelem tohoto systému je čištění vzduchu od zdraví škodlivých sloučenin a patogenů. 


Popis

Navrhované řešení se skládá z minimálně jedné germicidní zářivky (která může být pro tyto účely speciálně upravena) či odpovídajících zdrojů ultrafialového záření (vyzařující ve vhodných frekvenčních pásmech), odrazné plochy s vrstvou nanočástic oxidu titaničitého (TiO2) a flourescenční vrstvy, která dokáže transformovat zdrojem vyzářené ultrafialové záření na viditelné světlo (tak jako u klasických zářivek).
V podstatě se jedná o rozvinutí funkcí klasické zářivky, kde je mezi zdroj UV záření a flourescenční vrstvu vložena mezivrstva, tvořená vzduchem, určeným k desinfekci.
Germicidní zářivka zde dokáže plnit několik funkcí:
  • vyzařovaným UVC zářením dokáže likvidovat patogeny obsažené ve vzduchu
  • část spektra vyzařovaného UV záření aktivuje vrstvu nanočástic TiO2 [7], která může následně likvidovat jak patogeny, které s ní přijdou do styku, tak ostatní sloučeniny, obsažené ve vzduchu, a působící negativně na lidské zdraví (celkem obsáhlý seznam sloučenin, se kterými si tyto nanočástice dokáží poradit, je uveden ve zdroji [8]).
  • touto zářivkou generované teplo dokáže ohřát okolní vzduch a tak vytvořit potřebný tah pro nasátí dalšího, znečištěného ovzduší.

Pokud se daná světelná cedule bude nacházet ve venkovním prostředí, vystaveném slunečnímu svitu, může být také i její povrch obohacen vrstvou nanočástic oxidu titaničitého.
Pouze při použití vrstvy nanočástic TiO2 nemusí při průchodu čištěného vzduchu dojít k setkání patogenů a nebezpečných sloučenin s povrchem - proto se zde hodí i germicidní UVC záření - i když si neporadí se zdraví nebezpečnými chemikáliemi, dokáže likvidovat ve vzduchu obsažené patogeny. Co se týče desinfekčního povrchu s nanočásticemi TiO2, mohl by být nasávaný vzduch nějakým vhodným způsobem rozvířen tak, aby se k němu dostalo co nejvíce škodlivých částic a patogenů, obsažených ve vzduchu.
Nevyužitá část spektra je touto vrstvou odražena zpět a nakonec je transformována na viditelné záření fluorescenční vrstvou, za kterou se může nacházet například reklama či informace pro okolo jdoucí (nebo může pouze osvětlovat okolí).

Pohled shora:
A – plocha s informacemi; B – florescenční vrstva; C – Vrstva s nanočásticemi oxidu titaničitého; D – germicidní zářivka

Případné detaily, které by bylo asi třeba dořešit

  • Pro toto řešení bude zřejmě vhodné upravit obsah samotných zářivek, který je důležitý pro vytvoření potřebného vyzařovaného spektra. To by mělo jednak vést k co nejefektivnější likvidaci patogenů, obsažených ve vzduchu (pomocí UVC záření s vlnovými délkami od 200 do 280 nm), tak k co nejvyššímu nasycení vrstvy nanočástic TiO2 (pro základní nasycení je třeba záření ve vlnových délkách mezi 340 až 380 nm o výkonu minimálně 1 W na metr čtvereční, horní hranici momentálně neznám). Zajímavou vyzařovanou vlnovou délkou zde může být například i 207 nanometrů. Podle vědců z Columbia University si dokáže poradit s multirezistentním zlatým stafylokokem [9].
  • S největší pravděpodobností bude také třeba vybrat vhodný materiál tvořící fluorescenční vrstvu, který s co největší efektivitou transformuje zbývající, upravené, vlnové délky na viditelné světlo.
  • Pro maximální efektivitu může být vhodným způsobem zvětšen obsah reflexní plochy (například zvlněním či povrchovou úpravou) tak, aby obsahovala co největší množství výše zmíněných nanočástic a tak co nejvíce zvýšila desinfekční efekt celého zařízení.
  • Další důležitou částí systému, ovlivňující jeho efektivitu, je rychlost proudění dezinfikovaného vzduchu. Tato rychlost se bude měnit v závislosti na okolních podmínkách. Má také vliv na efektivitu čištění vzduchu od patogenů, protože různé typy patogenů vyžadují pro sterilizaci proudícího vzduchu různou dobu vystavení germicidnímu záření. Rychlost tohoto proudění by neměla být moc rychlá, a také na druhou stranu moc pomalá. Samotnou rychlost čištěného vzduchu lze podpořit například iontovým větrem [10], který také navíc dokáže likvidovat bakterie a viry, a také samotný vzduch obohatit negativně nabitými ionty (což má další pozitivní zdravotní výhody).
  • Některé části, vystavené proudícímu vzduchu, mohou být vytvořeny z mědi, která je také známá svými desinfekčními účinky [11].
  • Případné problémy by mohlo představovat po delší dobu unikající germicidní záření při případné poruše či nevhodné údržbě. Dalším rizikem by mohl být UV zářením vytvářený ozón - jak velké množství by ho případně vznikalo? Nedal by se zneškodnit za pomocí nanočástic TiO2?
  • Celý systém by měl co nejefektivněji využívat energii, proudící do germicidní zářivky a tedy co nejefektivnější využití vyzařovaného spektra (likvidace patogenů ve vzduchu, aktivace nanočástic TiO2, vytváření potřebného tahu teplem, transformace zbytkového spektra na viditelné světlo). Zařízení by mělo mít ve výsledku minimálně zvýšenou spotřebu energie a přitom k již běžným odpovídajícím světelným zařízením přidávat výše popsané čistící funkce.

Závěr

Tento systém by mohl pomoci s čištěním vzduchu od nebezpečných sloučenin a patogenů na lokální úrovni. Mohl by například pomoci se zabráněním šíření nemocí na místech s vysokou koncentrací lidí (podchody, stanice metra, obchodní domy, letiště). Šel by také například umístit do nemocnic, kde by mohl sloužit ve formě informačních tabulí či osvětlení chodeb. Mohl by nalézt také uplatnění v kancelářských budovách, kde by mohl například pomoci s bojem proti syndromu nezdravých budov [12], způsobeným špatnou kvalitou vnitřního ovzduší. Při použití iontového větru by se toto zařízení také mohlo stát zdrojem záporných iontů [13], které mají pozitivní vliv na lidské zdraví a které mohou zkvalitnit pracovní prostředí.
Samotné zařízení může být vyráběno v široké škále velikostí. Jediným limitujícím faktorem je zde pouze velikost germicidní zářivky (či jiného zdroje odpovídajícího zářemí) či jiného zdroje vhodného elektromagnetického spektra a případného doplňkového zdroje iontového větru.


Monday, November 10, 2014

Přímo zobrazené exoplanety a exoplanetární kandidáti (4.) - ROXs 42B b

  •  Souhvězdí: Kentaur (jižní hvězdná obloha)
  •  Vzdálenost: 440 (± 16) světelných let
  •  Hmotnost: 0,6 hmotnosti Slunce
  •  Povrchová teplota: přibližně 2000 °C 
  •  Věk: 1,5 až 10 milionů let
Planeta b:
  • Vzdálenost planety od hvězdy: asi 157 AU
  • Hmotnost: mezi 6 až 12 hmotnostmi Jupitera (v závislosti na věku hvězdy)
  • Povrchová teplota: 1500 až 2300 °C
  • Povrchová gravitace: 3,8 (± 0.2) přitažlivosti Země
  • Doba oběhu: asi 1756 let

ROXs 42Bb je s největší pravděpodobností planeta, obíhající jednu z hvězd dvojhvězdy ROXs 42 (obě složky systému tvoří červení trpaslíci). Tento hvězdný systém je pravděpodobně součástí mlhoviny, nacházející se na obloze blízko hvězdy Rho Ophiuchi.

Pokud by se potvrdil vyšší věk systému, znamenalo by to, že má planeta vyšší hmotnost a jedná se tedy spíše o hnědého trpaslíka. Planeta by měla být také obklopena prstencem, což ukazuje na to, že ještě stále akumuluje materiál z okolí,

Tento kandidát na planetu byl objeven astronomem Thaynem Curriem z univerzity v Torontu, a zveřejněn byl v roce 2013.

Hvězda má možná i druhou planetu - pokud je to opravdu planeta, a ne pouze hvězda na pozadí, tak se od ROXs 42B nachází přibližně 65 AU daleko (Credit: wikipedia.org).

Komplex mlhovin v blízkosti hvězdy Rho Ophiuchi (Credit: wikipedia.com).
Snímek planety, pořízený za pomocí desetimetrového Keckova teleskopu, umístěného na Havaji (Credit: Kraus et al.).
Čtyři infračervené snímky, pořízené v rozpětí sedmi let. Pouze snímek z pravého horního rohu nemá světlo hvězdy odfiltrováno (Credit: Currie et al.).

Monday, November 3, 2014

Úvaha: Kolonizace mrtvých světů

(Astronomie je jedním z mých koníčků, myslím že o tom vím celkem dost, ale i tak doufám že se zde nenachází žádné faktické chyby :-))

Červení trpaslíci tvoří okolo 75 procent hvězd, existujících v naší galaxii. Jedná se o malé (s průměrem menším než je jedna třetina průměru Slunce) a chladné hvězdy, které ale mohou hostit planetární systém, a u mnoha z nich už byly planetární systémy i objeveny.
Z hlediska existence světů podobných naší Zemi se ale nejedná o nejvhodnější kandidáty. Všechny planety u těchto hvězd, nacházející se v obyvatelné oblasti, mají totiž vázanou rotaci. To znamená, že jsou během svého oběhu okolo mateřské hvězdy k této hvězdě neustále natočeny stejnou stranou povrchu. Podobně obíhá například Měsíc Zemi.
To může u planet s atmosférou způsobit při vyrovnávání teplotních rozdílů neustálé bouřlivé proudění vzduchu mezi věčně osvětlenou, ohřátou stranou planety, a odvrácenou, chladnou částí.
Díky vázané rotaci se také u těchto planet nemusí plně vyvinout dostatečně silné magnetické pole, chránící případný život před škodlivým zářením hvězdy.
Z pohledu obyvatelnosti lidmi tedy nemusí být tyto planety, i když mohou hvězdu obíhat v obyvatelné oblasti a splňovat další podmínky, vhodnými kandidáty pro případnou kolonizaci.


Výhody planetárních systémů červených trpaslíků

Planetární systémy u červených trpaslíků ale mají na druhou stranu i výhody, které mohou být využity při dalším šíření lidstva do vesmíru.
Pokud se podíváme na některé, již známé planetární systémy u hvězd tohoto typu, můžeme si všimnout velké blízkosti oběžných drah planet.
Například u hvězdy Gliese 581 se mají nacházet až čtyři planety, a to ve vzdálenostech 4.2, 6.15, 10.65 a 33 milionů kilometrů od hvězdy. Vzdálenosti mezi oběžnými drahami těchto planet jsou tedy ve srovnání se vzdálenostmi mezi planetami naší Sluneční soustavy (58 mil. kilometrů od Slunce u Merkuru, 108 mil. kilometrů u Venuše a u Země 150 milionů kilometrů) minimální.
Díky tomu jsou tyto planety mezi sebou navzájem snadněji dosažitelné a cesty mezi nimi zaberou minimum času.
Menší hmotnost hvězdy také usnadňuje opuštění celého planetárního systému a cestování k okolním hvězdám. Například u Slunce je rychlost, nutná pro únik z jeho gravitačního pole, bez využití rychlosti planet, za pomocí prakového efektu (ve vzdálenosti 150ti milionů kilometrů od Slunce), okolo 42,1 kilometrů za sekundu.
Menší rozměry těchto systémů také mohou znamenat i bližší umístění zbytků materiálů z období vzniku celé soustavy - jader komet apod. (obdoba Kuiperova pásu či Oortova oblaku komet v naší Sluneční soustavě), vhodných pro případné zužitkování.


Mrtvé světy

Zajímavými objekty mohou být z hlediska šíření lidstva planety, které neodpovídají svými vlastnostmi Zemi. Přesněji planety více podobné našemu Měsíci či Merkuru - mrtvé světy.
Tyto planety nabízejí mnoho výhod co se týče delších zastávek, nabrání zásob, či tvorby menších kolonií (a možná i trvalého osídlení) - nebo dokonce staveb obrovských generačních lodí.
Díky tomu, že je jedna část povrchu těchto planet neustále vystavena záření hvězdy, které není filtrováno atmosférou či magnetickým polem, může přivrácená strana obsahovat obrovské množství izotopu Hélia He-3, které zde vzniká stejným způsobem jako na našem Měsíci (kde se na povrch dostává miliardy let trvajícím bombardováním nabitými částicemi slunečního větru). Tento izotop by měl v budoucnu sloužit jako palivo při výrobě energie za pomocí termojaderné fúze a s velkou pravděpodobností také nalezne uplatnění při pohonu kosmických lodí.
Jeho tvorba by na povrchu těchto planet mohla být možná i dvakrát rychlejší, a to díky tomu, že zde nedochází ke střídání dne a noci.
Další výhodou věčně osvětlené strany je také například využití samotného záření hvězdy pro výrobu energie - díky věčnému dni na přivrácené straně zde nebude docházet k výkyvům tvorby elektrické energie (k jakým může docházet například při využití fotovoltaiky na povrchu Měsíce - například projekt Luna Ring počítá pro kompenzování tohoto problému s umístěním fotovoltaických panelů po obvodu celého Měsíce) - a také zde není záření oslabováno atmosférou.
Odvrácená strana, ukrytá ve věčném stínu, zase může nabídnout bohaté zásoby vody ve formě ledu. Ten by se na tuto část planety mohl dostat buď během vzniku planetární soustavy, či při pozdějších dopadech komet.
Zde je u podobných planet obrovskou výhodou neexistence atmosféry, která by zde přiváděla teplo z přivrácené strany a mohla by způsobit postupnou "likvidaci" nashromážděných zásob ledu. Podobný problém by mohly způsobovat dopady meteoritů (jejichž impakty nejsou díky absenci atmosféry nijak brzděny či likvidovány a na povrch tak dopadá v podstatě vše), při kterých by mohl být nashromážděný led postupně odstraňován. Jak významné by ale tyto ztráty v tomto případě byly?
Podobné zásoby ledu, ukryté ve věčném stínu, mají například Měsíc nebo Merkur. Ty se ale u nich nachází pouze na několika místech u pólů. U planet s vázanou rotací mohou být díky velikosti povrchu (znásobeného, pokud budeme uvažovat planety o velikosti blízko rozměrům Země), ukrytého ve věčném stínu, tyto zásoby nesrovnatelně větší.
Problém s atmosférou bude narůstat s větší hmotností planet, díky které mohou být za pomocí větší gravitace u povrchu udrženy spíše lehčí, "těkavější"  molekuly. Proto se s největší pravděpodobností odpovídající mrtvé světy, s vhodnější přitažlivostí pro dlouhodobější osídlení lidmi, budou nacházet o dost blíže hvězdě. Měla by zde platit úměra čím větší blízkost ke hvězdě, tím dostatečnější záruka neexistence jakékoliv formy atmosféry.
Nesmí se ale nacházet příliš blízko hvězdě - jednak by její intenzivní záření mohlo zkomplikovat pohyb v okolí planety, a jednak by u těch nejextrémnějších případů mohlo docházet k přenosu tepla na odvrácenou stranu například za pomocí lávových proudů, či atmosférou, tvořenou odpařeným povrchem z přivrácené strany.


Kolonizace

Z hlediska stavby dlouhodobějších kolonií jsou pro nás zajímavé planety, u kterých nebude teplota na přivrácené straně stoupat do extrémnějších hodnot, jenž by mohly narušovat například těžbu izotopu He-3 a dalších surovin, či výrobou elektrické energie. Zužuje to oblast, v jaké podobné planety u červených trpaslíků hledat, ale na druhou stranu se nejedná o tak omezující limity, jaké zavádí obyvatelná zóna.
Z planet, obíhajících blíže hvězdě by byly také rychleji dosažitelné vnější části soustavy. Tento problém dokáže asi nejlépe vystihnout následující obrázek:

Credit: Geoffrey A. Landis: Colonization of Venus
Jak je vidět, planetky v pásu asteroidů jsou z Venuše díky její blízkosti ke Slunci (a tím kratší potřebné dráze) dosažitelné rychleji než ze Země. To stejné samozřejmě platí i pro planety u jiných hvězd, které se nachází blíže ke své hvězdě.
Tyto planety mají navíc relativně jednoduché, víceméně známé prostředí, u kterého budou moci být zužitkovány zkušenosti například z kolonizace Měsíce apod. Naopak u planet podobnějších spíše Zemi už nastává riziko větší variability prostředí a možných změn, kladoucích více překážek během jejich osídlování. Riziko může také u těchto "obyvatelnějších" planet představovat případný mimozemský život, který může být ohrožen přítomností pozemských organismů, nebo naopak.
Tyto mrtvé planety by také měly obíhat u červených trpaslíků, jejichž věk je vyšší než přibližně jedna miliarda let, protože tato první miliarda let bývá u tohoto typu hvězd značně bouřlivá. Časté erupce, vznikající na těchto hvězdách v tomto období by mohly působit velké problémy.
Co se týče věku, další velkou výhodou těchto hvězd je odhadovaná délka životnosti, která se pohybuje od několika desítek miliard až po bilióny let. Tato trvanlivost, nesrovnatelně delší než je délka života hvězd podobných našemu Slunci, by mohla být zajímavá z dlouhodobé perspektivy přežití lidstva.
Vhodné mrtvé světy by mohly mít o něco menší hmotnost než má Země, a tím i nižší gravitaci, usnadňující práci na povrchu, či jeho opuštění (o něco menší úniková rychlost, navíc není třeba řešit aerodynamiku lodí díky absenci atmosféry - a díky čemuž také nebude plýtváno palivem, které by bylo jinak potřebné pro průlet atmosférou). Samozřejmě ne o moc, tak aby nezpůsobovala zdravotní problémy při delším pobytu.


Kolonie

Kolonie by na těchto planetách mohly být umístěny na odvrácené straně, kde je, i když podstatně nižší, ale konstantní teplota (nedochází zde k tak velkým teplotním výkyvům jako například na Merkuru), a kde by byly tyto kolonie alespoň částečně chráněny hmotou planety před případnými erupcemi hvězdy.
Na povrchu těchto planet se moc zajímavých věcí vyskytovat nebude, a kolonisty bude také třeba ochránit před kosmickým zářením, proto také bude většina částí kolonií ukryta pod povrchem. Věčný svit na přivrácené straně by ale mohl být využit pro napájení náhrady pozemského magnetického pole. To by mohlo být použito také pro navigaci kolonistů v okolí základen, chráněných tímto způsobem.
Díky mrtvému povrchu, podobnému povrchu měsíčnímu, pokrytému pouze krátery, nebude bránit maximálnímu využití místních zdrojů žádná forma ochrany životního prostředí. Povrch těchto planet lze v tomto směru považovat za čisté, nepopsané plátno, které bude moci být využito pro stavbu opravdu velkých kolonií (které by mohly pojmout i miliardy lidí) a úpravu povrchu k jakýmkoliv účelům.


Vesmírné výtahy

Ohromným přínosem pro kolonie by mohly být vesmírné výtahy, jejichž stavbě nebude bránit žádná atmosféra a mohla by zde také být nápomocna trochu nižší gravitace, zmíněná dříve.
Tyto výtahy by významně zjednodušily přístup do kosmického prostoru a napomohly dalšímu šíření lidských kolonistů dále do vesmíru.
I v tomto směru je zde výhodná vázaná rotace, díky které by byly tyto výtahy "čouhaly" z povrchu z pohledu hvězdy stále ze stejného místa.
Protizávaží vesmírného výtahu, umístěné ve větší vzdálenosti od povrchu, by mohlo být tvořeno například zrcadly, směřujících světlo na objekty kolonií, skryté ve věčném stínu, a které by mohly například simulovat střídání dne a noci.
Mohly by zde také být umístěny fotovoltaické panely (nebo jiný systém, schopný transformovat záření hvězdy na elektrickou energii), dodávající alespoň část energie zařízením na povrchu.
Toto řešení by mohlo být výhodné u planet obíhajících hvězdu ještě blíže, kde by fotovoltaika nemusela být postavena na rozpálené, přivrácené straně (i tak by ale byly v kosmickém prostředí vystaveny intenzivnímu záření hvězdy). Energie by nemusela být přenášena na povrch ztrátovými způsoby jako například lasery či mikrovlnami (jako u vesmírných solárních elektráren, navrhovaných pro okolí Země), ale za pomocí supravodičů.
O napájení by se zde mohla starat dokonce i síť "výtahů", které by měly na starost pouze nesení odpovídajícího množství fotovoltaických panelů a transport energie na povrch. Ve výsledku by tak z povrchu planety jako květiny vyrůstaly na vhodných místech kabely, roztroušeně obepínající terminátor planety a nesoucí roztažené fotovoltaické panely, nasměřované na hvězdu.


Vhodné, již objevené planety

Níže jsou popsány dvě potvrzené planety, které by mohly být vhodnými kandidáty na kolonizovatelné mrtvé světy. Obě  byly objeveny v rámci mise Kepler.

  • Souhvězdí Lyra
  • Vzdálenost 215 světelných let
  • Věk 6 miliard let
Nejedná se o červeného trpaslíka, ale o hvězdu podobnější Slunci s hmotností osmi desetin jeho hmotnosti, 0,77 násobkem jeho průměru a teplotou povrchu asi 5,417 Kelvinů (povrch Slunce má pro srovnání teplotu 5780 Kelvinů).

U této hvězdy byly zatím objeveny tři planety, z nichž na jedné by se mohla vyskytovat voda v tekutém skupenství (planeta d). Ta pro nás ale momentálně z pohledu hledání „mrtvých“ světů zajímavá není (a navíc je přibližně dvakrát větší jak Země).

Planeta b, nacházející se nejblíže hvězdě, je nejmenší planetou soustavy, s průměrem, který je blízko průměru našeho Měsíce, a s rovnovážnou teplotou pohybující se podle odhadů okolo 430 stupňů Celsia. Tato planeta pro nás může být naopak příliš horká a malá.

Zajímavým možným mrtvým světem je zde planeta nacházející se uprostřed – planeta c. Tato planeta je přiměřeně velká (průměr přibližně 9500 km – nebo 0,742 průměru Země) a rovnovážná teplota by se zde měla pohybovat okolo 280 stupňů Celsia. Nachází se asi 20,5 milionů kilometrů od hvězdy a jeden oběh ji zabere přibližně 21,3 dní.

Hvězda by měla při pohledu z povrchu této planety přibližně šestkrát větší úhlový průměr než má Slunce na naší obloze. Planeta b by při největším přiblížení působila jako velmi jasný objekt s úhlovým průměrem asi jedné dvanáctiny úhlového průměru Měsíce a planeta d by byla při největším přiblížení zase tři a půl krát menší než je Měsíc.

Porovnání velikostí planet systému Kepler-37 s velikostmi objektů Sluneční soustavy (Credit: NASA/Ames/JPL-Caltech)
  • Souhvězdí Labutě
  • Vzdálenost 126 světelných let
Okolo tohoto červeného trpaslíka (hmotnost 13 procent hmotnosti Slunce a průměr 17 procent jeho průměru) jsou známy tři planety s průměry, nacházejícími se mezi průměry Marsu a Venuše. Zajímavá by pro nás mohla být planeta, nacházející se od hvězdy nejdále. Má hmotnost 9 desetin hmotnosti Země, průměr okolo 7600 kilometrů a její rovnovážná teplota by měla být přibližně 180 stupňů Celsia. Hvězdu oběhne jednou za necelé dva dny.

Mateřská hvězda by měla na obloze této planety skoro až dvanáctinásobek úhlového průměru našeho Slunce. Nejbližší planeta ke hvězdě by byla při největším přiblížení o něco menší než Měsíc na naší obloze (0,86 násobek jeho úhlového průměru) a planeta druhá od hvězdy zase 2,3 krát větší než náš Měsíc (obě planety by byly vidět hlavně z přivrácené strany).

Na tomto obrázku můžeme vidět porovnání velikosti celého planetárního systému Kepler-42 s velikostí systému největších měsíců planety Jupiter (Credit: NASA/JPL-Caltech).

Sunday, November 2, 2014

Přímo zobrazené exoplanety a exoplanetární kandidáti (3.) - Fomalhaut b

  • Souhvězdí: Jižní Ryba (jižní hvězdná obloha)
  • Vzdálenost: 25 světelných let
  • Stáří: 400-480 milionů let
  • Hmotnost: přibližně 1,92 násobek hmotnosti Slunce
  • Svítivost: přibližně 16,63 násobek svítivosti Slunce
  • Průměr: 1,84 násobek průměru Slunce
  • Povrchová teplota: 8320 °C

Fomalhaut je nejjasnější hvězdou v souhvězdí Jižní ryby a také jednou z nejjasnějších hvězd na obloze. Současný název je odvozen z arabského slovního spojení “ústa (jižní) ryby”. Společně s hvězdami TW Piscis Austrini a LP 876-10 tvoří trojhvězdu. 
Hlavní hvězda tohoto systému je obklopena plynoprachovým diskem, díky kterému vyzařuje přebytek infračerveného záření. V tomto disku se nachází celkem tři prstence. První, vnitřní exozodiakální prstenec, tvořený hlavně částicemi o rozměru 10 až 300 nanometrů, obsahujících velké množství uhlíku, se nachází ve vzdálenosti mezi deseti a dvaceti miliony kilometrů od hvězdy.
Druhý, vnější exozodiakální prstenec, je tvořen většími částicemi a nachází se 30 až 160 milionů kilometrů od hvězdy. 
Vnitřní okraj posledního, nejvzdálenějšího prstence, se od hvězdy nachází ve vzdálenosti 133 AU a samotný prstenec má na šířku přibližně 25 AU. Má toroidní tvar a vnitřní, ostrý okraj stoupá, respektive klesá, ve sklonu 24 stupňů ve směru od hvězdy. Geometrický střed disku se nenachází přímo na místě hvězdy, ale je posunut asi o 15 AU mimo ni.



TW Piscis Austrini (Fomalhaut B)
  • Vzdálenost: 24,9 světelných let
  • Stáří: 400-480 milionů let
  • Hmotnost: přibližně 0,725 hmotnosti Slunce
  • Svítivost: 0,19 svítivosti Slunce
  • Průměr: přibližně 0,63 poloměru Slunce
  • Povrchová teplota: 4640 °C

Tento oranžový trpaslík je proměnnou hvězdou typu BY Draconis. Proměnnost tohoto typu hvězd je dána změnami v chromosféře (do nich leze započítat například tvorbu skvrn). Tato hvězda vykazuje změny v jasnosti o periodě přibližně 10,3 dní. Od hvězdy Fomalhaut A se nachází přibližně 0,91 světelného roku.


LP 876-10 (Fomalhaut C)

Třetí část tohoto systému tvoří červený trpaslík, který se na rozdíl od předchozích dvou hvězd nenachází v souhvězdí Jižní ryby, ale v souhvězdí Vodnáře. Ve vzdálenosti mezi přibližně od 10 AU až do 40 AU a vice od něj se nachází plynoprachový disk.
Na obloze dělí tohoto červeného trpaslíka od hvězdy Fomalhaut úhlová vzdálenost asi 5,7 stupně (asi 11 měsíčních úplňků), a ve vesmíru asi 2,5 světelného roku. Od druhého souputníka, TW Piscis Austrini, je vzdálen 3,2 světelných let.


Planeta

První planeta byla u hvězdy Fomalhaut objevena na snímcích Hubbleova dalekohledu v roce 2008, a podle těchto pozorování měla hvězdu obíhat ve vzdálenosti asi 113 AU s oběžnou dobou 877 let.
Později byl ale tento objev zpochybněn, protože ji Hubbleův dalekohled později nenalezl na odpovídajícím místě. Její existence byla také zpochybněna pozorováním infračerveného dalekohledu Spitzer a sítí radioteleskopů ALMA. Pozorování těmito radioteleskopy naznačily možnost existence dvou menších planet, které by ale měly obíhat na úplně jiných drahách než pozorovaný objekt.
Tento objekt, který byl pozorovatelný za pomocí Hubbleova dalekohledu, měl být ve skutečnosti shluk prachu a plynu.
Podle následných pozorování dalekohledem Subaru tato planeta skutečně existuje, a nakonec byla v roce 2013 potvrzena dalším pozorováním Hubbleovým dalekohledem.
Aby byla planeta detekovatelná tímto způsobem, musí být plocha, odrážející světlo hvězdy, mnohem větší, než je fyzická velikost planety. Na snímcích tedy není vidět samotná planeta, ale patrně planetu obklopující oblak, tvořený materiálem, unikajícím z měsíce, nebo vytvořený kolizí s jiným tělesem.
Aby byl tento oblak viditelný, musí mít průměr více jak 20 průměrů planety Jupiter. Kvůli tomu lze maximálně odhadnout horní hranici hmotnosti této planety, která by neměla přesahovat 2 Jupitery.
Podle nejnovějších pozorování obíhá hvězdu po protáhlé eliptické dráze, na které se dostává nejblíže ke hvězdě přibližně na 50 AU a nejvíce se vzdálí až na vzdálenost 288 AU. Jeden oběh ji zabere asi 2000 let. Díky své protáhlé dráze by mohla, pokud není tato dráha výrazně skloněna oproti vnějšímu disku, tímto diskem okolo roku 2032 projít.



Složený snímek soustavy, získaný za pomocí Hubbleova dalekohledu. Magazín New Scientist nazval tento snímek jako Sauronovo oko (Credit: NASA/ESA)
Tento obrázek prachového prstence vznikl složením snímku z Hubbleova teleskopu a snímku, získaného soustavou radioteleskopů ALMA (Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA)
Snímek prstence, získaný za pomocí teleskopu Herschel (Credit: ESA/Herschel/PACS/DEBRIS consortium)
Schéma systému se znázorněnými prstenci, drahou planety a mezerou ve vnějěím prstenci, pravděpodobně způsobenou touto planetou (Credit: NASA/ESA/A. Feild (STScI))
Nejnovější snímek Hubbleova teleskopu se znázorněnou drahou planety a viditelnou mezerou v prachovém prstenci (Credit: NASA/ESA)



Využití nadbytečně vytvořené energie v bojových podmínkách - Voda ze vzduchu

(Starší text ze "šuplíku".  Je možné, že už podobné zařízení, využívající nadbytečnou energii pro získávání vody ze vzdušné vlhkosti existuje,  ale zatím jsem na něco podobného nenarazil.)

Výroba elektrické energie v bojových podmínkách

Přibližně 80 procent zásob, jež jsou dopravovány při operacích v Iráku a Afghánistánu, tvoří palivo. Galon paliva doručený na základnu speciálních sil stojí mezi 20–40 dolary. Samotný provoz prodražuje i nutnost zásobování palivem, které je rizikové, protože kolony cisteren jsou oblíbeným cílem protivníka. Podle šéfa amerického námořnictva Raye Mabuse je na každé dva tucty konvojů s palivem zabit nebo zraněn jeden muž pod jeho velením (viz například [1]). Při těchto útocích zahynulo v minulém desetiletí dohromady skoro 1000 příslušníků ozbrojených sil. Na afgánském bojišti se navíc přes 80 procent energie vyrábí zbytečně. V současnosti se o výrobu energie starají dieselagregáty, které běží 24 hodin denně, 7 dní v týdnu. Problém je však s regulací. Jen zřídkakdy spotřebuje základna všechen proud, který generátory vyrábí, takže klesá jejich efektivita. Může se snadno stát, že generátor o výkonu deset kilowattů běží jen proto, aby pokryl spotřebu zhruba 1,5 kilowattu. Propálí tedy 8,5 kilowattu, které už nelze využít později. Až 30 procent veškerého paliva přepravovaného v Afghánistánu je určeno do těchto generátorů. Podle údajů amerických úřadů vyjde výroba energie na jednoho vojáka v Afghánistánu na sto tisíc dolarů ročně [2][3][4].
Proto se některé armády snaží v dnešní době přeorientovat na obnovitelné zdroje energie. Ty totiž mohou vyrábět energii přímo na místě nasazení, snížit závislost na dodávaném palivu, tím ochránit životy vojáků a přitom také snížit náklady na prováděné operace. Například americká armáda chce do roku 2025 získávat pomocí obnovitelných zdrojů až 25% energie a s těmito zdroji energie, nasazenými v bojových podmínkách, má už první zkušenosti.

Rota Indie, patřící do 3. praporu 5. pluku americké námořní pěchoty, vyzkoušela jako první americká bojová jednotka v roce 2010 využití solární energie přímo v poli. Když se oddíl po půl roce vrátil, velení jejich působení vyhodnotilo jako velmi slušný úspěch. Sluneční energie výrazně omezila spotřebu energie během hlídek a pro potřeby předsunutých stanovišť. Dvě z nich fungovala neustále na sluneční energii, u třetí spotřeba klesla na desetinu. Námořnictvo díky ní denně ušetřilo odhadem 700 až 800 litrů paliva.


Nadbytečná energie

I při použití obnovitelných zdrojů energie a tím snížení závislosti na dodávkách paliva vzniká mnoho nevyužité energie. Ať už budeme uvažovat energii nadbytečně vytvořenou fotovoltaickými panely, kterou už nelze nikam uskladnit, nebo nadbytečnou energii vyrobenou záložním zdrojem, který je spouštěn při nedostatku energie, generované obnovitelnými zdroji. Přitom existují služby a zařízení, které by mohly díky vhodnému využití a distribuci této energie zvýšit celkovou účinnost těchto zdrojů a ještě více tak snížit celkovou závislost na dopravovaném palivu.
Jako příklad může posloužit generování vody ze vzdušné vlhkosti, nebo například čištění znečištěné vody, kde může být voda průběžně čištěna při nadbytku energie a k plnému spuštění zařízení by mohlo dojít až v případě potřeby doplnění zásob vody o nějaké větší množství.


Voda ze vzdušné vlhkosti

Zajímavým uplatněním přebytečné energie by mohlo být generování vody ze vzdušné vlhkosti. Níže je uveden překlad článku z portálu strategypage.com [5]:

V posledních deseti letech investovala americká armáda miliony dolarů do výzkumu s cílem vytvořit praktické zařízení, které by mohlo získávat vodu ze vzduchu. V posledních pěti letech bylo několik těchto zařízení vyvinuto, ale žádné nebylo zatím vhodné pro široké použití v bojové zóně. Nejnovější zařízení, vměstnané do klasického ISO kontejneru, dokáže získat 2.000 litrů vody. Nevýhodou je, že tento systém potřebuje litr paliva na každých pět litrů získaných. Navíc, i s protihlukovou bariérou je tento systém velmi hlučný. Ale i díky tomuto zařízení můžete snížit množství přepravované tolik potřebné vodu v konvojích přes nepřátelské oblasti. Starší systém používající sůl dokáže produkovat vodu za méně než 30 centů za litr. Tento systém se také vejde do standardního ISO kontejneru, a dokáže vyprodukovat více jak 2000 litrů denně. Ale i tento tvůrce narazil na řadu technických problémů, které stále vylučují systém z širokého využití armádou. Většina z nich musí mít pro správnou funkci kolem sebe vzduch s alespoň 20 procentní vlhkostí, což splňuje velká část pouští. Systém získávající vodu ze vzduchu bude významným logistickým průlomem. To proto, že v suchých klimatech asi třetinu dodávek zásob pro americké vojáky tvoří voda. A samotná doprava stojí až 40 dolarů za galon, v závislosti na tom, jak jsou špatné silnice a bezpečnostní situace. Takže každý takovýto systém by mohl ušetřit tisíce dolarů denně při zásobování jednotek v těžko přístupných místech. Vojáci v horkém podnebí potřebují více než 80 litrů (20 galonů) denně na osobu (pro všechny účely). Ve většině případů bude pořád ještě levnější přepravovat vodu kamionem nebo čistit vodu z místních zdrojů. Ale ve velmi suchých oblastech, bez studní a řek tato zařízení vyřeší dost velký logistický problém.

Díky využití přebytečné energie by šla výše zmíněná spotřeba zařízení pro generování vody ze vzdušné vlhkosti (jeden litr paliva na pět litrů získané vody) snížit a tak ještě více zefektivnit využití vytvořené energie na bojišti a tím ještě více potlačit problémy s dopravou (ať už paliva, či vody), zmíněné na začátku.


Možné řešení

Uvažované zařízení, pracující jako nástavba zařízení na generování či čištění vody, a starající se o energetický management, by mohlo sledovat aktuální spotřebu v síti, přebytek vyrobené energie v síti a buď při dostatku nadbytečné energie tuto energii směrovat přímo k zařízení, nebo ji skladovat (například pomocí soustavy superkondenzátorů) a při menším množství nadbytečné energie uskladněnou el. energii uvolňovat. Toto zařízení by mohlo obsluhovat několik menších generátorů vody, jenž by byly postupně spouštěny v závislosti na množství dostupné energie (jako příklad menšího generátoru vody, který by bylo možno škálovat, může posloužit generátor firmy McSira[6]).
Zařízení by se dalo zobecnit a mohlo by spravovat přístup k energii i u jiných služeb (například při nabíjení baterií, které jsou součástí různých částí výstroje vojáka). Mohlo být využito při zahraničních misích české armády a to i v případě použití energetické infrastruktury spojenců, kde by větší množství těchto zařízení mohlo snižovat celkové náklady.


Reference:
[1] Výbuch nálože zničil 22 kamionů zásobujících NATO v Afghánistánu
[2] Vojáci USA v Afghánistánu zkoušejí místo baterií solární panely
[3] Vojáci na baterky. Američané zkouší v Afghánistánu nové zdroje energie
[4] Military turns to hybrid generators to cut down on fuel usage by 70%
[5] Logistics: Water From The Air
[6] Water Generator