آتش و یخ در یک سامانه

جرعه ای ازجهان دانش

 

بهارسادات موسوی —

[ گزارش ازپژوهش های تازه ]

آتش و یخ در یک سامانه

پژوهشگران سامانه‌ای هیبریدی توسعه داده‌اند که با ترکیب فناوری‌های فتوولتائیک، حرارتی خورشیدی و سرمایش تابشی، از یک سطح واحد، برق، گرما و سرما تولید می‌کند. این فناوری می‌تواند نیازهای انرژی ساختمان‌ها و مراکز داده را به‌طور هم‌زمان تأمین کند.

وبگاه تِک‌اِکسپلور در گزارشی آورده است: ساختمان‌ها برای تأمین نیازهای خود، معمولاً به چند فناوری جداگانه وابسته هستند: صفحات (پنل‌های) خورشیدی برای تولید برق، کلکتورهای حرارتی (دستگاه‌هایی که نور خورشید را به گرما تبدیل می‌کنند) برای تأمین گرما و سامانه‌های تهویه‌ مطبوع برای سرمایش که خود مصرف‌کننده برق هستند. این تنوع، فضای محدود پشت‌بام و نماها را با چالش رقابت میان فناوری‌های مختلف مواجه می‌کند.

حالا پژوهشگران مؤسسه فناوری کارلسروهه در آلمان، سامانه‌ای هیبریدی طراحی کرده‌اند که هر سه نیاز را از یک سطح واحد تأمین می‌کند. این سامانه که ترکیبی از فناوری‌های فتوولتائیک (تبدیل نور به برق)، حرارتی خورشیدی (جذب گرما از خورشید) و سرمایش تابشی غیرفعال در طول روز(PDRC) است، می‌تواند به‌طور هم‌زمان برق، گرما و سرما تولید کند.

هسته اصلی این سامانه، یک گسیلنده شفاف است. گسیلنده به سطحی گفته می‌شود که گرما را به‌صورت تابش به فضا می‌فرستد. این لایه از سیلیکا (نوعی ماده معدنی) با پوشش پلیمر سیلیکونی ساخته شده است و دو وظیفه دارد: اول این که نور خورشید را از خود عبور می‌دهد و دوم این که گرمای خود را به‌صورت تابش فروسرخ از طریق پنجره جَوی به فضا می‌فرستد.

پنجره جَوی به محدوده طول‌موجی از تابش گفته می‌شود که جَو زمین در برابر آن شفاف است و گرما به‌راحتی از آن عبور می‌کند و به فضای بیرونی می‌گریزد. به‌این ترتیب، این لایه بدون مصرف انرژی، خنک می‌شود.

در زیر این لایه شفاف، یک عدسی فرنل (نوعی عدسی که نور را متمرکز می‌کند) نور عبورکرده را جمع‌آوری و به روی یک کلکتور فتوولتائیک‌حرارتی کوچک هدایت می‌کند. این کلکتور، نور متمرکز را به برق و گرما تبدیل می‌کند. به‌این ترتیب، لایه بالایی (سرمایش‌تابشی) و لایه پایینی (تولید برق و گرما) از یکدیگر جدا می‌شوند و هر کدام عملکرد خود را بدون تداخل انجام می‌دهند.

دکتر گان هوانگ (Gan Huang)، سرپرست گروه پژوهشی و رئیس آزمایشگاه فناوری‌های خورشیدی هیبریدی در مؤسسه فناوری کارلسروهه، توضیح داد: ما نشان داده‌ایم که یک سامانه واحد می‌تواند هم‌زمان از خورشیدِ داغ و فضایِ سرد بهره‌برداری کند. چالش بزرگ، ترکیب دو فرآیند متضاد بود؛ چرا که کلکتور خورشیدی باید تا حد ممکن انرژی خورشید را جذب کند، در حالی که خنک‌کننده تابشی باید تا حد ممکن خنک بماند. ما این مشکل را با جداکردن فیزیکی این دو بخش حل کردیم.
در آزمایش‌های بیرونی، نمونه اولیه این سامانه توانست به‌طور هم‌زمان به موارد زیر دست یابد:

سرمایش تا ۶٫۵ درجه سانتی‌گراد پایین‌تر از دمای محیط؛
تولید برق با توان ۶۰٫۶ وات بر مترمربع؛
تولید گرما با دمای تا ۱۱۰٫۸ درجه سانتی‌گراد
این اعداد نشان می‌دهد که این سامانه می‌تواند در شرایط واقعی، عملکردی پذیرفتنی و مؤثر داشته باشد.

دکتر هوانگ تأکید کرد: چشم‌انداز ما این است که پشت‌بام‌ها و نماها به سطوح انرژی فعال تبدیل شوند که هم‌زمان برق، گرما و سرما تولید کنند. این مفهوم می‌تواند برای کاربردهای انرژی‌بر مانند مراکز داده هوش مصنوعی نیز جذاب باشد؛ زیرا این مراکز به توان پردازشی بالا و خنک‌کاری مداوم نیاز دارند.

این فناوری برای مردم عادی نیز مزایای چشمگیری دارد. در مناطق گرمسیر، هزینه‌های سرمایش ساختمان‌ها می‌تواند به‌شدت کاهش یابد. همچنین برخلاف سامانه‌های معمولی که هر کدام فضای مجزایی روی پشت‌بام یا نما نیاز دارند، این سامانه از یک سطح واحد استفاده می‌کند و فضای بیشتری را برای سایر کاربردها آزاد می‌گذارد.

این پژوهش بر اساس کار قبلی این گروه پژوهشی در سال ۲۰۲۴ میلادی انجام شده است که در آن، ماده‌ای شفاف برای خنک‌کاری غیرفعال ساختمان‌ها معرفی شده بود. پژوهشگران اکنون قصد دارند طراحی نوری، مدیریت حرارتی و سلول‌های خورشیدی این سامانه را بهبود بخشند.

لازم به ذکر است که این سامانه همچنان در مرحله نمونه آزمایشگاهی است و برای ورود به بازار و استفاده گسترده، نیاز به بهینه‌سازی و آزمایش‌های بیشتر دارد.

دکتر هوانگ، که این پژوهش را با همکاری پروفسور شانهوی فان (Shanhui Fan) متخصص برجسته حوزه سرمایش تابشی از دانشگاه استنفورد، انجام داده است، در پایان گفت: خورشید تنها منبع انرژی در آسمان نیست. سرمای فضای بیرونی نیز یک منبع انرژی تجدیدپذیر است. اگر بیاموزیم که هم از خورشید داغ و هم از فضای سرد بهره‌برداری کنیم، می‌توانیم نسل جدیدی از سامانه‌های انرژی را شکل دهیم.

 

عکس از محل برخورد «فالکون ۹» روی ماه

«مدارگرد شناسایی ماه» ناسا از محل برخورد «فالکون ۹» روی ماه عکس گرفت و جزئیات جدیدی را آشکار کرد.

«مدارگرد شناسایی ماه»(Lunar Reconnaissance Orbiter) ناسا بین ۱۱ و ۱۲ اوت، مجموعه‌ عکس‌هایی را از یک دهانه جدید روی ماه ثبت کرد.

به گزارش ناسا، این دهانه در روز پنجم اوت زمانی تشکیل شد که مرحله بالایی یک موشک «فالکون ۹»(Falcon 9) شرکت «اسپیس‌ایکس»(SpaceX) پس از پرتاب ماموریت «بلو گوست ۱»(Blue Ghost 1) شرکت «فایرفلای»(Firefly) در ژانویه ۲۰۲۵ به سطح ماه برخورد کرد.

مهندسان ناسا برای ثبت تصاویر برخورد، مدارگرد را کج کردند تا هر بار که با سرعت یک مایل در ثانیه از حدود ۶۰ مایلی ماه عبور می‌کند، دوربین‌های آن به سمت دهانه نشانه بروند. این مدارگرد هر دو ساعت یک بار از قطبی به قطب دیگر ماه می‌چرخد؛ در حالی که ماه به آرامی در زیر آن می‌چرخد. برای عکاسی از یک نقطه خاص، فضاپیما باید منتظر بماند تا آن مکان در دیدرس قرار بگیرد که در این مورد ۶ روز طول کشید. نشانه‌گیری درست فقط نیمی از چالش بود؛ زمان‌بندی نیز به دقت نیاز داشت. اگر دوربین حتی ۱۰ ثانیه زودتر یا دیرتر از موعد مقرر عکس می‌گرفت، هدف ۱۰ مایل از مرکز منحرف می‌شد.

این یک نمای متحرک پیش و پس از دهانه‌ای است که پس از برخورد مرحله بالایی موشک فالکون ۹ به سطح ماه تشکیل شد.
به دلیل تنوع زوایای دید، دانشمندان توانستند دهانه را در شرایط نوری متفاوت ببینند که ویژگی‌های منحصربه‌فردی را نشان می‌داد. در تصاویری که لبه دهانه را به طور مشخص نشان می‌دادند، دانشمندان عرض آن را ۶۰ فوت اندازه‌گیری کردند. همچنین، آن ها براساس طول سایه دهانه، عمق آن را کمتر از ۱۰ فوت تعیین کردند.

برای ثبت این جزئیات، مدارگرد شناسایی ماه از دوربین زاویه بسته خود استفاده کرد که می‌تواند ویژگی‌هایی به کوچکی سه فوت (حدود یک متر) را تشخیص دهد.

تصاویر، پرتوهای روشن و تاریکی را نشان می‌دهند که از دهانه امتداد یافته‌اند. رگه‌های تیره‌تر از غبار روی سطح و سنگ‌هایی ساخته شده‌اند که در طول زمان توسط باد خورشیدی، پرتوهای کیهانی و برخوردهای ریزشهاب‌سنگ‌ها تغییر یافته‌اند. این ماده هوازده در اثر برخورد از عمق ۱.۵ فوتی سطح ماه به بیرون پرتاب شده است. رگه‌های روشن‌تر نزدیک لبه دهانه از مواد تازه‌ای ساخته شده‌اند که از اعماق زمین بیرون کشیده شده‌اند.

یافتن محل برخورد نیازمند هماهنگی جهانی بین متخصصان و علاقه‌مندان بود. ستاره‌شناسان مستقل ابتدا مسیر موشک را با استفاده از داده‌های عمومی موجود شناسایی کردند. «مرکز مطالعات اجرام نزدیک زمین» ناسا که اجرام طبیعی خطرناک برای برنامه دفاع سیاره‌ای این آژانس را ردیابی می‌کند، از این فرصت برای آزمایش و اعتبارسنجی ابزارها و روش‌های پیش‌بینی برخوردها استفاده کرد. تصویر از مدارگرد شناسایی ماه، دو ناحیه بیضی‌شکل را نشان می‌دهد که احتمالاً محل برخورد مرحله بالایی موشک فالکون ۹ است.
این مرکز به تدریج مسیر حرکت را اصلاح کرد تا این که محل برخورد را تشخیص داد و آن را در اختیار گروه «مدارگرد قمری رهیاب کره جنوبی» یا «دانوری»(Danuri) قرار داد. این گروه چند ساعت بعد از دوربین «LUTI» با وضوح بالا در دانوری برای تصویربرداری از دهانه استفاده کردند و دریافتند که پیش‌بینی با دقت حدود ۰.۶ مایل انجام شده است.
مهندسان ماموریت دانوری پس از ثبت تصاویر دهانه، مختصات را برای گروه مدارگرد شناسایی ماه ناسا فرستادند تا به اصلاح توالی تصویربرداری بعدی آن ها کمک کنند. گروه مدارگرد شناسایی ماه با مقایسه تصاویر جدید دهانه با تصاویر پیش از برخورد، مختصات مرکز دهانه را به‌روزرسانی کردند و ارتفاع آن را ۵۱۱ متر تخمین زدند.

 

اولین ستاره سبز جهان کشف شد

ستاره‌شناسان اولین ستاره سبز را که به یک زامبی کیهانی تشبیه می‌کنند، درست در آستانه جشن هالووین کشف کردند. آثار سدیم در جو این ستاره کوتوله سفید، بخش نارنجی طیف را جذب می‌کند و درخششی سبز و شبح‌مانند را از خود به جای می‌گذارد.

اگر خورشید بتواند برای هالووین یک درخشش سبز شبح‌وار به خود بگیرد، چقدر خوب خواهد بود؟ دانشمندان کشف کرده‌اند که ستاره میزبان ما واقعاً ممکن است سبز شود، البته میلیاردها سال بعد از مرگش این اتفاق رخ خواهد داد و تنها در صورتی که پس از آن، مانند یک زامبی کیهانی شروع به خوردن سیارات کند.

دانشمندان کشف کرده‌اند که کوتوله‌های سفید، یعنی آن دسته از بقایای ستاره‌ای که ستارگان به‌اندازه خورشید هنگام مرگ از خود بر جای می‌گذارند، اگر مانند سیاره‌خوارهای کیهانی از سیارات سنگی خود تغذیه کنند، در واقع می‌توانند طیف وسیعی از رنگ‌ها از جمله سبز را به خود بگیرند.

برای ستاره‌شناسان، رنگ ستاره‌ها همیشه نشان‌دهنده دمای آن ها بوده است. ستاره‌های خنک نارنجی به نظر می‌رسند، در حالی که ستارگانی مانند خورشید سفید به نظر می‌رسند و داغ‌ترین ستارگان به رنگ آبی کم‌رنگ می‌درخشند. این داستان شبیه به آهن آهنگری است که قرمز می‌درخشد، سپس نارنجی می‌درخشد، سپس در حالی که دوباره داغ می‌شود، رنگی بسیار درخشنده و سفید به خود می‌گیرد.

محققان همیشه تصور می کردند که کوتوله‌های سفید از یک قانون پیروی می‌کنند. با این حال، تحقیقات جدید نشان می‌دهد که این اجساد ستاره‌ای می‌توانند در طیفی از رنگ‌ها از جمله سبز، صورتی، فیروزه‌ای، زرد و بنفش بدرخشند. این بدان معنا است که جهان بسیار رنگارنگ‌تر از آن چیزی است که ما تصور می‌کردیم.

رنگ اغلب ستارگان، از جمله بیشتر کوتوله‌های سفید تقریباً به طور کامل توسط دما تنظیم می‌شود.
مارک هولندز(Mark Hollands)، رهبر این تیم از دانشگاه وارویک(Warwick) در بیانیه‌ای گفت: هیچ‌کس واقعاً به دنبال این نبود که چه چیز دیگری ممکن است برای کوتوله‌های سفید ممکن باشد. به نظر می‌رسد که این ستاره‌های فوق‌ متراکم، رنگ‌هایی تولید می‌کنند که هیچ کس انتظارش را نداشت و برخی از آن ها واقعاً من را شگفت‌زده کردند.

کوتوله‌های سفید نام خود را به این دلیل گرفته‌اند که وقتی کشف شدند، به‌طور شگفت‌انگیزی گرم به نظر می‌رسیدند و به رنگ سفید یا آبی کم‌رنگ می‌درخشند. با این حال، این تحقیق جدید نشان می‌دهد که این ظاهر کمی ملایم و یکنواخت به این دلیل است که هیچ کوتوله سفیدی به اندازه کافی نزدیک نیست تا ستاره‌شناسان بتوانند رنگ واقعی آن را ببینند.

کلید آرایش رنگین‌کمان‌مانند رنگ‌هایی که این تیم پیشنهاد می‌کند کوتوله‌های سفید می‌توانند داشته باشند، چگالی آن ها است. کوتوله‌های سفید زمانی تشکیل می‌شوند که ستارگانی با جرم تقریباً برابر خورشید، سوختشان تمام می‌شود و دیگر نمی‌توانند خود را در برابر گرانش خود نگه دارند و باعث فروپاشی هسته‌هایشان می‌شوند. در نتیجه، ماده‌ای که کوتوله‌های سفید را تشکیل می‌دهد، چگالی مانند آب دارد و میلیون‌ها بار چگال‌تر از سطح ستاره، یعنی فوتوسفر است.

در این شرایط، عناصری مانند کربن، کلسیم و سدیم می‌توانند با پلاسمای متراکم هلیوم اطراف تعامل داشته باشند و نور را در طیف وسیع‌تری از رنگ‌ها نسبت به چگالی‌های پایین‌تر جذب کنند که رنگ کوتوله‌های سفید را از سفید/آبی روشن دور می‌کند.

محققان دریافتند که رنگ‌های کوتوله‌های سفید در گروه‌های متمایز مرتبط با ترکیب شیمیایی اتمسفر بقایای ستاره‌ای قرار می‌گیرد.

کوتوله‌های سفیدی که کربن فراوان دارند باید صورتی یا بنفش باشند، در حالی که آنهایی که با بقایای سیارک‌ها و دنباله‌دارهای مصرف‌شده و بقایای منظومه‌های سیاره‌ای قدیمی غنی شده‌اند، رنگ زرد بیشتری به خود می‌گیرند.

کوتوله‌های سفید خنک‌تر با اتمسفر هیدروژن و هلیوم مخلوط اغلب به رنگ آبی فیروزه‌ای یا آبی کم‌رنگ می‌درخشند که در اثر برخورد مولکول‌های هیدروژن با اتم‌های هلیوم در اتمسفر متراکمشان ایجاد می‌شود.

با این حال، یکی از برجسته‌ترین نمونه‌های رنگ‌آمیزی کوتوله‌های سفید زمانی پدید می‌آید که یکی از این ستاره‌های مرده شروع به تغذیه از سیارات اطراف خود مانند یک زامبی می‌کند.

محققان دریافتند که برخی از کوتوله‌های سفید پس

از بلعیدن سیارات در حال چرخش به دور خود می‌توانند کمی سبز شوند.

نمونه‌ای از این موضوع، یک کوتوله سفید سرد موسوم به «WD J1330+6435» است که در فاصله ۳۲۶ سال نوری از ما قرار دارد و مواد سنگی را از یک همدم سیاره‌ای جمع می‌کند. این کار، اتمسفر آن را با کلسیم، لیتیوم و سدیم غنی کرده است و مدل تیم نشان می‌دهد که این امر باعث می‌شود «WD J1330+6435» رنگ سبزی به خود بگیرد. البته هنوز هیچ انبوهی از این زامبی‌های کیهانی سبز چهره وجود ندارد.

محققان فکر می‌کنند که هیچ ستاره دیگری، چه زنده و چه مرده، تا به حال به صورت معتبر، سبز گزارش نشده است. این امر «WD J1330+6435» را به اولین ستاره سبز واقعی تبدیل می‌کند.

هولندز می‌گوید: آثار سدیم در جو این کوتوله سفید، بخش نارنجی طیف را جذب می‌کند و درخشش سبز شبح‌مانندی را از خود به جای می‌گذارد. تصور کنید که روی یک سیاره ایستاده‌اید و به یک ستاره سبز نگاه می‌کنید. احساس می‌کنید چیزی است که از داستان‌های علمی — تخیلی آمده است.

این تیم فقط کشف نکرد که یک کوتوله سفید شناخته شده اولین ستاره سبز جهان ما است. آن ها همچنین کشف کردند که می‌تواند قرمزترین ستاره تاریخ به شکل کوتوله سفید WD J1011+2845 باشد.

این کوتوله سفید که تنها ۴۸ سال نوری از زمین فاصله دارد، دارای یک منطقه همرفت عمیق است که کربن را از هسته خود به سطح خود می‌برد. این مولکول‌های کربن، نور کوتوله سفید را منحرف می‌کنند و باعث درخشش عمیق صورتی کم‌رنگی می‌شوند که شبیه به هیچ ستاره دیگری نیست.

علیرغم این رنگین کمان از کوتوله‌های سفید، تئوری ستاره‌شناسان این است که رنگ سفید هنوز رایج‌ترین رنگ برای این اجساد ستاره‌ای است. تنها پنج کوتوله از ۱۵۱ کوتوله سفید در فاصله ۶۵ سال نوری از زمین چنین رنگ‌آمیزی خارق‌العاده‌ای دارند. ستاره‌شناسان با تعمیم این به کل جمعیت کوتوله‌های سفید، تخمین می‌زنند که از هر ۳۰ ستاره مرده تنها یکی رنگی غیرعادی دارد.

بوریس گانسیکه(Boris Gänsicke) از دپارتمان فیزیک دانشگاه وارویک می‌گوید: از هر ۳۰ تا یکی، ممکن است کسر بزرگی به نظر نرسد، اما در کل جمعیت کوتوله‌های سفید در جهان، هنوز تعداد زیادی ستاره با رنگ‌های عجیب وجود دارد. با این حال، اگر میانگین جمعیتی از کوتوله‌های سفید را در نظر بگیریم، متوجه می‌شویم که متوسط ​​رنگ کوتوله‌های سفید واقعاً سفید است.