ASPress - czasopisma pedagogiczne


ARCHIWUM WYDAŃ CYFROWYCH
       
Język Niemiecki



Wydania z lat 2009-2016 dostepne są w wersji elektronicznej jako pliki PDF. Są one identyczne z wersjami drukowanymi. Jednakże nie zawierają materiałów, które były na płytach CD/DVD dołączanych do niektórych wydań drukowanych.
W wersji drukowanej dostepne jest tylko jedno wydanie - 3/2016.
Więcej


Zbiór 52 felietonów poświęconych współczesnej Polsce, Polakom, polityce, roli telewizji i mediów we współczesnym świecie, globalizacji i konsekwencji wynikającej z naszego otwarcia na świat.
Wydanie w postaci pliku PDF
Cena 10 zł.
Zamów


Książka o podróżach, poznawaniu, odkrywaniu i podbijaniu świata, o pokonywaniu kolejnych horyzontów ludzkiego rozwoju. Ludzie wędrują od wieków, zawsze chcieli zobaczyć, co jest za kolejną rzeką, górą, morzem, za nowym horyzontem. Ta wędrówka pozwoliła najpierw poznać naszą planetę, a dziś już zaprowadziła człowieka poza granice Układu Słonecznego. Kim są ci, którzy zmieniają historię świata? Dlaczego Krzysztof Kolumb odkrył Amerykę, a Mikołaj Kopernik „poruszył” Ziemię?
Wydanie w postaci pliku PDF.
Cena 10 zł.
Zamów

Wydanie drukowane



Historia powstania  * Dane techniczne * Słynne rajdy * Rozwiązania konstrukcyjne

Pierwszy pojazd z napędem na obie osie skonstruowano w 1824 r. a więc ponad pól wieku wcześniej od samochódu. Jednak dopiero wojskowi amerykańskiej armii jako pierwsi chcieli mieć pojazd, który pojedzie każdą drogą, pokona głębokie rowy  i wyposażony będzie we wciągarkę, tak by mógł poruszać się w każdym terenie.
Cena 10 zł.
Zamów

Wydania specjalne "Geografii w Szkole"

2011

2010

2009

2008


Cena kompletu wydań 50 zł
Cena jednego wydania 10 zł
Zamów



Nowość!


Więcej

Życie typu ziemskiego

Gdyby znać choć dwa różne egzemplarze życia można by zbadać „kombinację liniową” czyli zobaczyć, jakie rodzaje biosfer można sobie wyobrazić z elementów tych dwu. I oczywiście „tak dalej”, czyli znając kilka rodzajów biosfer można spróbować określić jakieś typowe cechy i dopiero z tych typowych cech tworzyć wspomnianą „kombinację” i dzięki temu w miarę sensownie określić, jakie warunki są niezbędne by życie mogło się rozwinąć.

Mając do dyspozycji jedynie „ziemskie życie” można określić jedynie warunki, w których mógłby egzystować ten rodzaj życia. I tak się właśnie postępuje w dość bogatej literaturze dotyczącej tego tematu. Można dodać, często nie zauważając, że dywagacje dotyczą jedynie konkretnego typu życia.

Pamiętając, że mówimy jedynie o życiu typu ziemskiego, spróbujemy wymienić warunki, w których to życie mogłoby się rozwijać. Otóż w literaturze znajdziemy cztery takie warunki:

1. Dostępność pierwiastków mogących być podstawą na tyle bogatej chemii, by móc wytworzyć

    życie.

2. Brak w najbliższym sąsiedztwie zabójczych czynników mogących zniszczyć biosferę.

3. Stabilne i mało zmienne warunki przez okres zbliżony do tego, w jakim powstało życie na Ziemi.

4. Istnienie wody w stanie płynnym. 

Przeglądając literaturę zauważymy, że jedynie czwarty z tych warunków jest obszernie dyskutowany a o pozostałych najczęściej znajdziemy jedynie pojedyncze uwagi. Niestety płynna woda jest najbliżej związana z warunkami na Ziemi a tym samym analiza tego warunku najmniej mówi o życiu w ogólnym przypadku. Dodatkowo okazuje się, że stabilne warunki i płynna woda są dosyć blisko ze sobą związane. I nic w tym dziwnego, bo płynna woda oznacza klimat a o stabilności tego ostatniego możemy, korzystając z wiedzy o klimatach Ziemi, sporo powiedzieć.

Zaczniemy od krótkiego omówienia pierwszych trzech punktów by później nieco obszerniej omówić ostatni, przy czym, jak się okaże trzeci punkt „sam się przypomni”.

Dostępność pierwiastków  

Najwięcej i stosunkowo precyzyjnie można powiedzieć o dostępności pierwiastków. W czasie tzw. pierwotnej bariogenezy powstał jedynie wodór, hel i niewielka ilość litu. Ten zestaw pierwiastków nie umożliwia nawet nieco bogatszej chemii, nie mówiąc już o życiu. Opowieści o życiu w pierwszych milionach lat istnienia Wszechświata wydają się dowcipem, opartym o fakcie, że we wczesnym Wszechświecie przez kilka milionów lat panowały umiarkowane temperatury. Nie było tam jednak wystarczająco bogatej chemii a i sam okres umiarkowanych temperatur wydaje się zbyt krótki na rozwinięcie się życia.

Jak się wydaje powstanie życia wymaga względnie niewiele czasu, tym niemniej to chyba bardziej kilkaset niż kilka milionów lat - najstarsze i to raczej niezbyt pewne ślady życia na Ziemi pochodzą sprzed 3,7 miliarda lat, czyli prawie miliard lat po powstaniu Układu Słonecznego, którego wiek ocenia się na 4563 milionów lat.

Warto dodać, że od powstania Układu Słonecznego do powstania Ziemi i ustabilizowania warunków na jej powierzchni musiało upłynąć kilkaset milionów lat. Jednak około100 milionów lat to chyba minimalne oszacowanie czasu potrzebnego na powstanie życia.

Możemy więc wykluczyć powstanie życia na planetach gwiazd III populacji, których czas życia był tego rzędu. Gwiazdy II populacji też raczej nie mogą gościć życia – są zbyt ubogie w metale i ewentualne planety okrążające te gwiazdy byłyby kulami gazowymi a za zdatne do życia uważa się jedynie planety typu skalistego.

Z tego samego powodu jako siedliska życie można wykluczyć galaktyki karłowate. Otóż pierwiastki niezbędne do powstania życia są produkowane w gwiazdach. Aby znalazły się na planetach, gwiazdy, w których powstały muszą przeewoluować kończąc życie jako supernowe. Szczątki supernowych rozpraszają się jednak z na tyle dużą prędkością, że grawitacja małych galaktyk nie jest w stanie ich zatrzymać i powstałe „życiodajne” pierwiastki rozpraszają się w przestrzeni międzygalaktycznej.

W wielkich galaktykach spiralnych, takich jak Mleczna Droga jest wyraźny gradient metaliczności. Nie wchodząc w szczegóły można stwierdzić, że życie może się rozwinąć jedynie w cienkim dysku, czyli w miejscu zbliżonym do tego w jakim znajduje się Słońce – w pasie leżącym 20 do 40 tysięcy lat świetlnych od centrum galaktyki. I oczywiście na skalistych planetach obiegających gwiazdy I populacji, czyli mającej metaliczność zbliżoną do Słońca. Trudno nie zauważyć, że takie gwiazdy mają wiek zbliżony do Słońca. Inaczej mówiąc, z powyższego wynika, że ze sporym prawdopodobieństwem należymy do pierwszego pokolenia cywilizacji naszego Wszechświata. Oczywiście w tym szacunku miliard lat w tą czy tamtą stronę nie jest zbyt istotny więc twierdzenie, że należymy do najstarszych cywilizacji Wszechświata jest już słabo uzasadnione.

Niebezpieczne gwiazdy?

Omawiając zabójcze czynniki należy przede wszystkim wykluczyć możliwość istnienia obszaru powstawania nowych gwiazd w pobliżu planety obdarzonej życiem. Wśród nowo powstających gwiazd jest sporo masywnych. Te ostatnie żyją krótko i kończą jako supernowe. Według współczesnych ocen supernowa wybuchająca w odległości zbliżonej do 300 lat świetlnych stanowi poważne niebezpieczeństwo dla biosfery. Podobnie mało obiecującym miejscem dla życia są miejsca o dużej gęstości gwiazd, czyli gromada kulista lub zgrubienie centralne galaktyki. Wprawdzie planety w gromadach kulistych prawdopodobnie występują dość powszechnie jednak są tam częste bliskie spotkanie gwiazd, a każde takie spotkanie oznacza dla biosfery ryzyko katastrofy.

W praktyce już przejście gwiazdy w odległości kilku tysięcy jednostek astronomicznych od Słońca jest dla nas bardzo niebezpieczne – taka gwiazda „zrzuci” w kierunku Słońca tysiące komet a zderzenie z każdą z nich może wywołać skutki zbliżone do zdarzenia, które zakończyło epokę dinozaurów. Inną konsekwencja takiego zbliżenia jest zmiana parametrów orbity planety co również może katastrofalnie wpłynąć na klimat, bo nawet zupełnie małe zmiany orbity wydają się istotnie zmieniać klimat.

Poważnym źródłem niebezpieczeństw może być macierzysta gwiazda. Po prostu sporo gwiazd jest niestabilnych. Innym źródłem niebezpieczeństwa jest towarzysz gwiazdy. Część gwiazd to gwiazdy wielokrotne. Pół biedy, jeżeli są to gwiazdy stosunkowo lekkie. Trzeba bowiem pamiętać, że im masywniejsza gwiazda tym krócej żyje. Dlatego życie, jeżeli powstanie w takim układzie nie przetrwa dłużej niż najmasywniejszy składnik.

Gdyby nawet kończąca życie gwiazda była na tyle lekka, by nie skończyć jako supernowa, to przejdzie w stadium czerwonego olbrzyma a następnie odrzuci swoją atmosferę. Prawdopodobnie żadna biosfera nie przetrwa „podróży” w atmosferze ekspandującej gwiazdy. Warto też przypomnieć, że nawet pojedyncza gwiazda o masie kilku mas Słońca prawdopodobnie nie może „dorobić się” planety z bogatą biosferą - czas życia takiej gwiazdy jest zbyt krótki by mogła gościć bardziej zaawansowane życie.

Niewiele lepiej jest z bardzo lekkimi gwiazdami. Mają zwykle silne pola magnetyczne i emitują wysokoenergetyczne promieniowanie a, że świecą bardzo słabo to ekosfera jest bardzo blisko ich powierzchni i ewentualne planety „kąpią się” w różnych niebezpiecznych mediach. Dodatkowo planeta będąca blisko macierzystej gwiazdy podlega poważnym siłom pływowym. Nie wchodząc w szczegóły skutkuje to szybkim zrównaniem okresów obiegu i obrotu, dlatego planeta zwraca ku gwieździe cały czas tę samą stronę.

Nie ma pewności jak to wpływa na atmosferę, ale nie wydaje się by było korzystne z punktu widzenia biosfery. W szczególności pole magnetyczne takiej planety będzie słabe więc i słaby będzie „pancerz” przeciwko promieniowaniu korpuskularnemu. Tym niemniej takie bardzo lekkie gwiazdy mają sporo planet a dodatkowo, ze względu na bardzo długi czas życia mogą zapewniać bardzo stabilne warunki do rozwoju biosfery.

Jednak stabilność warunków to przede wszystkim stabilny klimat. A ten jak się zdaje zależy głównie od atmosfery co się wiąże z istnieniem wody w stanie płynnym. W warunkach normalnych odpowiada to zakresowi od zera do stu stopni Celsjusza. Jednak wystarczy zmiana ciśnienia, czy choćby pewna ilość zanieczyszczeń (np. sól) by zakres temperatur istnienia ciekłej wody bardzo się zmienił. Z mało zrozumiałych powodów w poszukiwaniu życia pozaziemskiego owe sto stopni często traktuje się poważnie i za strefę zdatną do życia przyjmuje się taki pas wokół gwiazdy, gdzie mogą panować takie właśnie temperatury. I tu bardzo istotne znaczenie ma słowo „mogą”. Temperatura to wynik równowagi między ciepłem dostarczanym a opuszczającym ciało. Oczywiście gdy zwiększamy ilość dostarczanego ciepła to temperatura rośnie, a gdy zwiększa się jego utrata temperatura maleje. Niby oczywiste, ale chyba słabo uświadamiane. Na ilość energii dostarczanej do powierzchni planety wpływa jasność absolutna gwiazdy oraz jej odległość od planety. To łatwo zmierzyć i obliczyć i właśnie z tych obliczeń wnioskuje się w mediach o „mieszkalności” planet, często zapominając, że atmosfera może przepuszczać promieniowanie do powierzchni lub odbijać je w przestrzeń.

Atmosfera może również umożliwiać ucieczkę energii lub ją „magazynować” przy powierzchni. W powyższych kilku zdaniach nieco „poetycko” opisano zjawisko cieplarniane. Nietrudno zauważyć, że zjawisko może działać w dwie strony. I rzeczywiście tak działa. Gdy podnosi temperaturę na powierzchni planety mówimy o zjawisku cieplarnianym. Gdy ją obniża temperatury mówimy o „odwrotnym zjawisku cieplarnianym”.

Zjawisko cieplarniane znacznie rozszerza zakres „mieszkalności” i dzięki niemu życie może się rozwijać w szerokich granicach parametrów astronomicznych. Niestety jak na razie zbyt ogólnych danych na ten temat nie mamy. Tym bardziej interesujące są wyniki rachunków komputerowych przedstawionych przez E.T. Wolfa i in.. Autorzy tej pracy, korzystając z dość zaawansowanego modelu ziemskiej atmosfery i hydrosfery spróbowali obliczyć zachowanie klimatu na planetach krążących wokół gwiazd względnie podobnych do Słońca. Konkretnie chodzi o gwiazdy typów widmowych F, G i K co odpowiada temperaturom powierzchniowym tych gwiazd 3700 do 7500 kelwinów.

Niestety „ziemskie pochodzenie” modelu powoduje, że trzeba było ograniczyć zmienność wielu kluczowych parametrów takich jak np. skład atmosfery. W szczególności w rachunkach założono ilość dwutlenku węgla równą jego obecnej zawartości w atmosferze ziemskiej, czyli w praktyce znacznie ograniczono uwzględnienie zjawiska cieplarnianego. Mimo tych ograniczeń rezultaty wydają się ciekawe.  W modelu znaleziono trzy stabilne stany atmosfery umożliwiające życie. Są to „pas wody” – warunki, w których planeta jest wprawdzie w stanie epoki lodowej, ale w pobliżu równika pozostaje wolny od lodu pas wody.

Stan umiarkowany odpowiadający z grubsza obecnemu stanowi na naszej planecie oraz „wilgotna cieplarnia” - stan, w którym wprawdzie część oceanów wyparowała i temperatury są dość wysokie, ale jednak pozostała część oceanów jest w stanie płynnym i życie dalej jest możliwe. Stany te są stabilne (w tym modelu!) tzn. wzrost lub spadek dostarczanej przez gwiazdę energii powoduje proporcjonalny umiarkowany wzrost lub spadek temperatury.

W kilku punktach sytuacja się zmienia i niewielki wzrost strumienia energii powoduje gwałtowne przejście do innego stabilnego stanu. Nietrudno zrozumieć przyczyny takiego zachowania. Np. przy przejściu z „pasa wody” do stanu „umiarkowanego” wystarczy by zamarznięta część oceanu zmniejszyła się na tyle by odsłaniająca się woda pochłaniając promieniowanie dotychczas odbijane przez lód na tyle podnosiła swoją temperaturę, by powodować dalsze topnienie.

Na odwrót w stanie umiarkowanym pewien wzrost powierzchni zamarzniętej powoduje wzrost odbicia promieniowania skutkujący dalszym wzrostem zamarzniętej powierzchni (…)

Jak się wydaje z przedstawionych wyników zbyt konkretnych wniosków wyciągać nie należy, bo model jest zbyt uproszczony i rzeczywistości raczej nie opisuje. Można jednak wyciągnąć wnioski ogólne. Te wnioski to przede wszystkim to, że z właściwości gwiazdy i parametrów orbity planety nie można wyciągać wniosków o warunkach na planecie, bo możliwe są różne stany planety przy tych samych warunkach zewnętrznych. Po drugie czas trwania danego stabilnego sprzyjającego życiu stanu jest co najwyżej rzędu kilku miliardów lat.

W sumie mamy dość silne argumenty za tym, że na planetach, w szerokim zakresie parametrów astronomicznych możemy znaleźć warunki sprzyjające istnieniu płynnej wody.  Czy to wystarczy by na takiej planecie powstało życie? Oczywiście biologicznej strony zagadnienia nie można tu omawiać z braku odpowiednich kompetencji. Jednak nawet ograniczając się do argumentacji czysto astronomicznej można znaleźć w takim przypadku argumenty przeciwko istnieniu życia. Choćby i dlatego, że w nawet idealnych, z naszego punktu widzenia, warunkach zewnętrznych (czyli identycznych jak w przypadku Ziemi) możemy się spodziewać również i braku ciekłej wody. Nawet ciepły ocean nie gwarantuje warunków do życia.

W przypadku wielu planet można spodziewać się naprawdę głębokiego oceanu. A przy oceanie głębszym od 100 kilometrów życie okazuje się mało prawdopodobne. Przyzwyczailiśmy się, że lód pływa. A to niezupełna prawda. Pływa tzw. lód I istniejący w ciśnieniach mniejszych niż około 210 megapaskali. Inne rodzaje lodu wodnego mają zwykle gęstość większą od wody. Dlatego taki lód tonie. Nietrudno zauważyć, że planeta przykryta głębokim oceanem mająca zimne wnętrze nie jest miejscem sprzyjającym życiu. Po prostu zimny i gęsty lód opadając na dno może odciąć powierzchniowe warstwy oceanu od życiodajnych pierwiastków (…)

Jak widać wiemy sporo o tym, gdzie we Wszechświecie może istnieć życie. Pozostaje zastanowić się jak go szukać. Chyba najrozsądniejszą metodą jest analiza związków chemicznych których istnienie może być oznaką życia. Sara Seager z MIT przeanalizowała pod tym kątem ponad 14000 różnych związków możliwych do znalezienia w widmach atmosfer egzoplanet a mogących świadczyć o istnieniu na nich życia. Pozostaje szukać. Oczywiście tam, gdzie jest szansa na istnienie życia.            

Więcej przeczytacie w artykule Jerzego Kuczyńskiego „Astronomiczne warunki potrzebne dla życia typu ziemskiego” w najnowszym wydaniu (1/2018) „Fizyki w Szkole”.

(...) - skróty od redkacji