Salamointi laukaisee ydinreaktioita ilmakehässä. Kuva: Timo Newton-Syms/Wikimedia Commons
Salamointi laukaisee ydinreaktioita ilmakehässä. Kuva: Timo Newton-Syms/Wikimedia Commons

Skottifyysikko esitti vajaat sata vuotta sitten, että ukkonen voi aiheuttaa ydinreaktioita, mutta vasta nyt sen on todistettu.

Ukkonen pystyy energiallaan tuottamaan ydinreaktioita ja radioaktiivisia aineita ilmakehään, todistavat japanilaiset tutkijat ensi kertaa maailmassa.

Idean esitti jo vuonna 1925 skottilainen fyysikko ja säätieteilijä Charles Wilson. Tuohon aikaan fysiikka ei ollut kuitenkaan niin kehittynyttä, että hän olisi pystynyt osoittamaan arvelunsa todeksi. Nyt se vihdoin onnistui.

Ydinreaktiossa jonkin alkuaineen atomin ytimen koostumus muuttuu ulkoa iskevän hiukkasen törmäyksestä toiseksi. Ydinvoimaloiden tuottama energia perustuu yhdenlaiseen ydinreaktioon, jossa uraanin ydin halkaistaan neutroneilla.

Ukkonen saa aikaan hieman toisenlaisen ydinreaktion, osoittavat japanilaiset tutkijat arvostetussa Nature-lehdessä.

Tutkijat huomasivat ydinreaktion tunnusmerkit säteilymittareilla, joilla he seurasivat ukonilmaa tämän vuoden helmikuussa Japaninmeren yllä.

Salamat ja ukkospilvet muodostavat eräänlaisen luonnon oman hiukkaskiihdyttimen, joka nostattaa korkeaenergiaisten elektronien vyöryn. Elektronihyöky puolestaan saa aikaan tietynlaista valoa: korkeaenergiaista gammasäteilyä. Juuri tämän säteily käynnistää ydinreaktiot ilmakehässä.

Atomin ydin koostuu kahdenlaisista alkeishiukkasista neutroneista ja protoneista. Ukkosmyrskyssä gammasäteilyn valohiukkaset iskevät ilmakehässä oleviin atomeihin ja sinkauttavat niiden ytimestä ulos yhden neutronin. Kyseiset atomit ovat typen isotooppi N-14 ja hapen isotooppi O-16.

Isotoopin massaluku ilmaisee sen, kuinka monta protonia ja neutronia atomin ydin sisältää. Gammasäteilyn iskusta sekä vedyltä että hapelta lähtee siis yksi neutroni. Irtoamisen seurauksena syntyvät radioaktiiviset isotoopit typpi-13 ja happi-15 ovat hyvin epävakaita. Ne eivät elä kauaa.

Isotoopit hajoavat radioaktiivisesti muutamassa minuutissa hiili-13:ksi sekä typpi-15:ksi, jotka ovat vakaita isotooppeja. Hajoamisessa vapautuu yksi neutriino ja positroni.

Positroni on elektronin antihiukkanen. Kohdatessaan ne tuhoavat toisensa. Tuhoutumisessa syntyy kaksi tietyn suuruista gammasädettä.

Todistaakseen, että ukkonen saa aikaan ydinreaktion, tutkijoiden täytyi löytää näitä gammasäteitä. Niitä he löysivätkin.

Ensin tutkijat havaitsivat mittareillaan voimakkaan gammasäteilyvälähdyksen ukkosen suunnassa. Se kesti vain alle sekunnin tuhannesosan. Säde oli se, jonka ukkosen kiihdyttämät elektronit lähettävät liikkeelle.

Seuraavaksi tutkijat havaitsivat minuutin kestävää vähäisempää gammasäteilyä. Säteily vastasi voimakkuudeltaan juuri sitä, joka syntyy, kun toistensa antihiukkaset elektroni ja positroni tuhoavat toisensa. Tämä lopulta todisti, että salamointi synnyttää ydinreaktion.

Samalla tutkijat todistivat, että salamointi osaltaan vaikuttaa maapallon ilmakehän alkuaineiden koostumukseen. Se tuottaa hiili-13:n ja typpi-15:n lisäksi hiilen isotooppia 14. Tämä hiili-14 on suhteellisen vakaa, sillä sen puoliintumisaika 5730 vuotta.

Radiohiiliajoituksessa käytettävä hiili-14 syntyy, kun salamaniskun aiheuttaman gammasäteilyn irrottamat neutronit törmäävät atominytimiin ilmakehässä.

Salama on tutkijoiden mukaan toinen luonnonilmiö, joka saa aikaan mainittuja alkuaineiden isotooppeja. Tähän asti on tiedetty, että siihen pystyvät vain avaruudesta Maahan sinkoilevat kosmiset säteet.

jaho
Seuraa 
Viestejä380
Liittynyt19.3.2012

Salama takoo ydinreaktioita ilmakehään

Ab Surd Oy kirjoitti: Minusta tuntuu jotenkin puutteelliselta ylipäänsä se, että ydinvoimaskeptikoita ei nykyisin palstalla juuri liiku. Siis tarkoitan heitä, jotka kiistävät fysikaalisten atomiytimen vuorovaikutusvoimien olemassaolon ja selittävät niitä esimerkiksi sähkömagnetismilla pienessä mitassa, tai mikä hauskinta, muodoilla ja väreillä. Onko nykyaikainen kouluopetus fysiikassa niin kelvotonta, että ydinfysiikan alkeita ei enää opeteta edes hullujen hihhulointitarpeiksi? Minä vaan kysyn...
Lue kommentti

Planeetta imee 99 prosenttia siihen osuvasta valosta.

Tähtitieteilijät ovat löytäneet planeetan, joka on kuin itse pimeys. Kaukana Leijonan tähdistössä omaa tähteään kiertävä Jupiterin kokoinen Wasp-104b imee jopa 99 prosenttia siihen osuvasta valosta.

Tutkijat kirjoittavat arXiv-esijulkaisupalveluun ladatussa artikkelissaan, että Wasp-104b on ”mustempi kuin hiili”.

Wasp-104b on Jupiterin massainen kaasujättiläinen. Se kiertää emotähteään erittäin lähellä, lähempänä kuin Merkurius kiertää meidän Aurinkoamme. Planeetta tekee täyden kierroksen tähtensä ympäri alle kahdessa vuorokaudessa.

Tällaista tähden lähellä kiertävää kaasuplaneettaa kutsutaan kuumaksi jupiteriksi. Tähden säteily lämmittää planeettaa jopa tuhansiin asteisiin, mikä estää muun muassa pilvien muodostumisen planeetan päiväpuolelle.

Wasp-104b on lisäksi vuorovesilukittunut tähteensä, eli aina sama puoli planeetasta on tähteen päin. Toisella puolella vallitsee ikuinen yö.

Äärimmäisen musta väri johtuu siitä, että valoa heijastavia pilviä ei pääse muodostumaan. Sen sijaan planeetan kaasukehässä on kaliumia ja natriumia, jotka imevät valoa.

Tummuus ei estä meitä havaitsemasta planeettaa. Tämäkin planeetta löydettiin tarkastelemalla varjoa, joka muodostuu kun planeetta kulkee meistä katsoen tähtensä editse.

”Tähän asti tunnetuista mustista planeetoista sanoisin, että tämä menee top viiteen. Ehkä top kolmoseen”, pohtii tutkimusta johtanut astrofyysikko, tohtoriopiskelija Teo Mocnik englantilaisesta Keelen yliopistosta New Scientist -lehdessä.

Wasp-104b ei ole siis ainoa laatuaan. Tällaisia pikimustia planeettoja tunnetaan muutama muukin. Tummin kaikista on vuonna 2011 löydetty TrES-2b, joka heijastaa vain 0,1 prosenttia siihen osuvasta valosta. Sen kaasukehässä on muun muassa titaanioksidia valoa imemässä.

Toinen kiintoisa musta jättiläinen on Hat-p-7b. Sen yöpuolella sataa rubiineja ja safiireita, kun planeetan kaasukehässä oleva alumiinioksidi tiivistyy mineraalikiteiksi eli korundeiksi.

Vaikka nämä planeetat heijastavat äärimmäisen vähän valoa, on hieman harhaanjohtavaa verrata niitä hiileen, huomauttaa astrofysiikan professori Adam Burrows Princetonin yliopistosta. Ne eivät näyttäydy aivan pikimustina, vaan mitä luultavimmin Wasp-104b on hyvin tumman purppuran värinen. TrES-2b puolestaan on niin kuuma, että se hohtaa heikosti punaisena, kuin kekäle.

Planeetat löydettiin Kepler-avaruusteleskoopin avulla. Aurinkoa kiertävä Kepler-teleskooppi on tähän mennessä havainnut jo yli 2300 planeettaa muiden tähtien ympäriltä.

Kivikautisessa naudankallossa on reikä, jonka kuva näyttää sen sekä otsaluun ulko- että sisäpuolelta. Janan pituus vastaa kymmentä senttimetriä. Kuva: Fernando Ramirez Rozzi
Kivikautisessa naudankallossa on reikä, jonka kuva näyttää sen sekä otsaluun ulko- että sisäpuolelta. Janan pituus vastaa kymmentä senttimetriä. Kuva: Fernando Ramirez Rozzi

Länsi-Ranskasta löydetyssä yli 5 000 vuotta vanhassa lehmän kallossa oleva reikä on mitä todennäköisimmin porattu tarkoituksella.

Kallonporaus on ikivanha toimenpide. Esimerkiksi migreenin ja epilepsian uskottiin aiheutuvan pään sisällä mekastavista pahoista hengistä, ja kun kalloon porattiin tai raaputettiin reikä, nämä pirut pääsivät liihottelemaan matkoihinsa.

Arkeologinen todistusaineisto osoittaa, että ihmiset porasivat reikiä toistensa päihin jo yli 8 000 vuotta sitten. Toimenpiteestä jopa selvittiin hengissä jo kivikaudella.

Useassa vanhassa kallossa näkyy, että porausreikä on luutunut umpeen. Potilas on siis elänyt ainakin jonkin aikaa toimenpiteen jälkeen.

Nyt Ranskasta löydetty yli 5 000 vuotta vanha lehmän kallo viittaa siihen, että ihmiset ovat kenties harjoitelleet operaatiota eläimillä. Lehmän kallossa on ammottava reikä, jonka ympärillä on selvästi samanlaisia raapimisjälkiä kuin porauksen läpikäyneiden ihmisten päässä.

Atlantin rannalla Länsi-Ranskassa on muinoin ollut kivikautista asutusta, ja lehmän kallo kaivettiin siellä esille jo 1970–1980-luvun kaivauksissa.

Reiän ajateltiin tuolloin syntyneen kamppailussa toisen eläimen kanssa. Kenties toinen sarvipää oli puhkaissut lehmäparan kallon.

Kallon alun perin löytänyt tutkija pyysi kuitenkin muutama vuosi sitten kahta tutkijaa vilkaisemaan reikää lähemmin.

”Näimme hyvin nopeasti, että reikä on syntynyt kallonporauksesta. Se ei ole sarven jälki”, kertoo tutkija Fernando Ramirez Rozzi LiveScience-verkkolehdelle.

Totuus paljastui viimeistään elektronimikroskoopin alla, kun tutkijat näkivät kivityökalujen aiheuttamat raapimisjäljet reiän ympärillä.

Muinaiset ihmiset ovat siis ehkä harjoitelleet kallonporausta lehmällä. Tai kenties lehmäparka on kärsinyt jostain sairaudesta, jota on yritetty parantaa poraamalla sen päähän reikä.

Ei tiedetä, oliko lehmä elossa, kun reikä tehtiin. Joka tapauksessa se ei ole elänyt kovin pitkään operaation jälkeen, sillä reikä ei ole luutunut lainkaan.

Tutkijat pohtivat myös, olisiko reikä tehty osana jotain rituaalia. Heidän mielestään on kuitenkin todennäköisintä, että lehmä on toiminut aloittelevan kallonporaajan harjoituspotilaana ennen kuin vaarallista tekniikkaa on lähdetty soveltamaan ihmiseen.

Ranskasta on aiemmin löytynyt myös villisian kallo, jossa on samankaltainen reikä.

Tutkimuksen julkaisi Scientific Reports.