ОБЛАЧНЫЙ эксперимент
Космос, оставляющий капли на открытом воздухе ( ОБЛАКО ) [1] — это эксперимент, проводимый в ЦЕРН группой исследователей под руководством Джаспера Киркби с целью изучения микрофизики взаимодействия галактических космических лучей (ГКЛ) и аэрозолей в контролируемых условиях. Это эксперимент с фиксированной целью , который начался в ноябре 2009 года. [2] хотя первоначально это было предложено в 2000 году. [3]
Основная цель — понять влияние галактических космических лучей (ГКЛ) на аэрозоли и облака, а также их влияние на климат. Хотя его конструкция оптимизирована с учетом возможности образования зародышей облачных частиц космическими лучами (как это было предложено, например, Хенриком Свенсмарком и его коллегами). [4] ) CLOUD позволяет также измерять зарождение и рост аэрозолей в контролируемых лабораторных условиях. Атмосферные аэрозоли и их воздействие на облака признаны МГЭИК основным источником неопределенности в современных моделях радиационного воздействия и климата, поскольку увеличение облачного покрова снижает глобальное потепление.
Настраивать
[ редактировать ]
Ядром эксперимента является камера из нержавеющей стали объемом 26 м. 3 объем, заполненный синтетическим воздухом, изготовленным из жидкого азота и жидкого кислорода. Атмосфера и давление в камере измеряются и регулируются различными приборами. Аэрозольную камеру можно подвергать воздействию регулируемого пучка частиц, имитирующего ГКЛ на различной высоте и широте. УФ-освещение обеспечивает фотолитическую реакцию. Камера содержит клетку с электрическим полем для контроля дрейфа мелких ионов и заряженных аэрозолей. [1] Ионизацию, вызываемую космическими лучами, можно устранить с помощью сильного электрического поля. Кроме того, влажность и температуру внутри камеры можно регулировать, что позволяет проводить быстрое адиабатическое расширение искусственных облаков (сравните с камерой Вильсона ) или проводить эксперименты по микрофизике льда. По словам Киркби, «уровень чистоты и контроля в лабораторных экспериментах находится на пределе современных технологий, и ноу-хау ЦЕРН сыграло решающую роль в том, что CLOUD стал первым экспериментом, достигшим таких показателей». [5]
Результаты
[ редактировать ]ЦЕРН опубликовал отчет о ходе реализации проекта CLOUD за 2009 год. [6] Дж. Киркби (2009) рассматривает развитие проекта CERN CLOUD и запланированные испытания. Он описывает механизмы зарождения облаков, которые кажутся энергетически выгодными и зависят от ГКЛ. [7] [8]
24 августа 2011 года предварительное исследование, опубликованное в журнале Nature, показало, что существует связь между космическими лучами и образованием аэрозолей. Далее Киркби сказал в окончательном пресс-релизе ЦЕРН: «Усиление ионов особенно выражено при низких температурах средней тропосферы и выше, где CLOUD обнаружил, что серная кислота и водяной пар могут образовывать зародыши без необходимости дополнительных паров. [9]
Первые эксперименты CLOUD показали, что серная кислота (полученная из диоксида серы, основным источником которого является ископаемое топливо) сама по себе оказывает гораздо меньший эффект, чем предполагалось. В 2014 году исследователи CLOUD представили новые экспериментальные результаты, показывающие взаимодействие между окисленными биогенными парами (например, альфа-пиненом, выделяемым деревьями) и серной кислотой. Ионы, образующиеся в атмосфере галактическими космическими лучами, значительно увеличивают скорость образования этих частиц при условии, что концентрации серной кислоты и окисленных органических паров достаточно малы. Этот новый процесс может объяснить сезонные изменения в атмосферных аэрозольных частицах, которые связаны с более высокими глобальными выбросами деревьев летом в северном полушарии. [5]
Помимо биогенных паров, производимых растениями, другого класса следовых паров, амины CLOUD показал, что группируются с серной кислотой, образуя в атмосфере новые аэрозольные частицы. Они встречаются вблизи их первичных источников, например, животноводства , тогда как альфа-пинен обычно встречается на суше. Эксперименты показывают, что серная кислота и окисленные органические пары при низких концентрациях воспроизводят подходящие скорости зародышеобразования частиц. Механизм нуклеации, используемый в глобальных моделях аэрозолей, дает фотохимически и биологически обусловленный сезонный цикл концентраций частиц и образования облаков, что хорошо согласуется с наблюдениями. ОБЛАКО позволяет объяснить большую долю зародышей облаков в нижних слоях атмосферы, связанных с серной кислотой и биогенными аэрозолями. [10] Исследователи CLOUD отмечают, что космические лучи мало влияют на образование частиц серная кислота-амин: «Вклад, индуцированный ионами, как правило, невелик, что отражает высокую стабильность кластеров серная кислота-диметиламин и указывает на то, что галактические космические лучи оказывают лишь небольшое влияние. влияние на их формирование, за исключением случаев низких общих темпов формирования». [11] Этот результат не подтверждает гипотезу о том, что космические лучи существенно влияют на климат, хотя в пресс-релизе ЦЕРН говорится, что он также «не исключает роли космического излучения» в климате. [12]
Данн и др. (2016) представили основные итоги 10-летних результатов, полученных в эксперименте CLOUD, выполненном в ЦЕРН. Они детально изучили физико-химические механизмы и кинетику образования аэрозолей. Процесс зарождения капель воды/микрокристаллов льда из водяного пара, воспроизведенный в эксперименте CLOUD, а также непосредственно наблюдаемый в атмосфере Земли, включает не только образование ионов под действием космических лучей, но и ряд сложных химических реакций с серной кислотой , аммиаком. и органические соединения, выбрасываемые в воздух в результате деятельности человека и организмов, живущих на суше или в океанах ( планктон ). [13] Хотя они отмечают, что часть ядер облаков фактически образуется в результате ионизации вследствие взаимодействия космических лучей с составляющими земной атмосферы, этого процесса недостаточно, чтобы объяснить все современные изменения климата колебаниями интенсивности космических лучей, модулированными изменения солнечной активности и магнитосферы Земли.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Официальный сайт ОБЛАКА
- ^ Эксперимент CLOUD дает беспрецедентное понимание формирования облаков , ЦЕРН.
- ^ Облачное сотрудничество (16 апреля 2001 г.). «Исследование связи между космическими лучами и облаками с помощью камеры Вильсона в PS CERN». arXiv : физика/0104048 .
- ^ Свенсмарк, Хенрик; Фриис-Кристенсен, Эйгиль (1 июля 1997 г.). «Вариации потока космических лучей и глобального облачного покрова — недостающее звено во взаимоотношениях солнечной энергии и климата» . Журнал атмосферной и солнечно-земной физики . 59 (11): 1225–1232. Бибкод : 1997JASTP..59.1225S . дои : 10.1016/S1364-6826(97)00001-1 . ISSN 1364-6826 .
- ^ Jump up to: а б «Эксперимент ЦЕРН проливает новый свет на образование облаков | ЦЕРН» . дом.церн . Дэн Нойес. 16 мая 2014 года . Проверено 2 декабря 2015 г.
- ^ Отчет о ходе работы над PS215/CLOUD за 2009 г. Киркби, Джаспер, Сотрудничество CLOUD, ЦЕРН, Женева, Комитет по экспериментам SPS и PS, CERN-SPSC-2010-013, 7 апреля 2010 г.
- ↑ Видео о космических лучах и климате Джаспера Киркби, коллоквиум ЦЕРН, 4 июня 2009 г.
- ↑ Презентация «Космические лучи и климат» Джаспера Киркби, коллоквиум ЦЕРН, 4 июня 2009 г.
- ^ Киркби, Джаспер; Курций, Иоахим; Алмейда, Джон; Данн, Эймир; Дюплисси, Джонатан; Эрхарт, Себастьян; Франчин, Алессандро; Ганье, Стефани; Икес, Луиза; Куртен, Эндрю; Купц, Агнешка; Мецгер, Аксель; Риккобоно, Франческо; Рондо, Линда; Шобесбергер, Зигфрид; Цагкогеоргас, Грузия; Виммер, Даниэла; Аморим, Антонио; Бьянки, Федерико; Брайтенлехнер, Мартин; Дэвид, Эндрю; Доммен, Джозеф; Даунард, Эндрю; Эн, Майкл; Флэган, Ричард К.; Хайдер, Стефан; Гензель, Армин; Хаузер, Дэниел; Джуд, Вернер; Юннинен, Хейкки; Крейссл, Фабиан; Квашин Александр; Лаксон, Ари; Лехтипало, Катрианн; Пять, Джордж; Лавджой, Эдвард Р.; Махмутов Владимир; Мато, Серж; Миккиля, Юри; Минжинетт, Пьер; Мого, Сандра; Ниеминен, Туомо; Оннела, Антти; Перейра, Пауло; Петая, Туукка; Шнитцхофер, Ральф; Сейнфельд, Джон Х.; Сипиля, Микко; Стожков Юрий; Стратманн, Фрэнк; Томе, Энтони; Ванханен, Йонас; Вийсанен, Юрьо; Вртала, Аарон; Вагнер, Пол Э.; Вальтер, Хансуэль; Вайнгартнер, Эрнест; Векс, Хайке; Винклер, Пол М.; Карслоу, Кеннет С.; Уорсноп, Дуглас Р.; Балтенспергер, Урс; Кулмала, Маркку (25 августа 2011 г.). «Роль серной кислоты, аммиака и галактических космических лучей в зарождении атмосферных аэрозолей» (PDF) . Природа . 476 (7361): 429–433. Бибкод : 2011Natur.476..429K . дои : 10.1038/nature10343 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 21866156 . S2CID 4326159 .
- ^ Риккобоно, Франческо; Шобесбергер, Зигфрид; Скотт, Кэтрин Э.; Доммен, Йозеф; Ортега, Исмаэль К.; Рондо, Линда; Алмейда, Жуан; Аморим, Антонио; Бьянки, Федерико (16 мая 2014 г.). «Продукты окисления биогенных выбросов способствуют зарождению атмосферных частиц» . Наука . 344 (6185): 717–721. Бибкод : 2014Sci...344..717R . дои : 10.1126/science.1243527 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 24833386 . S2CID 206551402 .
- ^ Алмейда и др. (2013)Молекулярное понимание зарождения частиц серной кислоты и амина в атмосфере. Природа, 502:359-363. На http://www.readcube.com/articles/10.1038/nature12663.
- ^ «Эксперимент CERN CLOUD проливает новый свет на изменение климата» .
- ^ Данн, EM; Гордон, Х.; Куртен, А.; Алмейда, Дж.; Дюплисси, Дж.; Уильямсон, К.; Ортега, Индиана; Прингл, К.Дж.; Адамов А.; Балтенспергер, У.; Бармет, П.; Бендун, Ф.; Бьянки, Ф.; Брайтенлехнер, М.; Кларк, А.; Куртиус, Дж.; Доммен, Дж.; Донахью, Нью-Мексико; Эрхарт, С.; Флаган, RC; Франчин, А.; Гид, Р.; Хакала, Дж.; Гензель, А.; Хейнритци, М.; Йокинен, Т.; Конгаслумер, Дж.; Киркби, Дж.; Кулмала, М.; Купц, А.; Лоулер, MJ; Лехтипало, К.; Махмутов В.; Манн, Г.; Матот, С.; Мериканто, Дж.; Миеттинен, П.; Ненес, А.; Оннела, А.; Рапп, А.; Реддингтон, CLS; Риккобоно, Ф.; Ричардс, Северная Дакота; Риссанен, член парламента; Рондо, Л.; Сарнела, Н.; Шобесбергер, С.; Сенгупта, К.; Саймон, М.; Сипила, М.; Смит, Дж. Н.; Стозхов Ю.; Томе, А.; Тростл, Дж.; Вагнер, ЧП; Виммер, Д.; Винклер, премьер-министр; Уорсноп, ДР; Карслав, Канзас (2 декабря 2016 г.). «Глобальное образование атмосферных частиц по результатам измерений CERN CLOUD» (PDF) . Наука . 354 (6316): 1119–1124. Бибкод : 2016Sci...354.1119D . doi : 10.1126/science.aaf2649 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 27789796 . S2CID 9426269 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- ТЕД@ЦЕРН
- Веб-сайт проекта. Архивировано 25 июля 2014 г. на Wayback Machine.
- эксперимента CLOUD Запись на INSPIRE-HEP
| Большой адронный коллайдер (БАК) | |
|---|---|
| Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP) | |
| Суперпротонный синхротрон (СПС) | |
| Протонный синхротрон (ПС) | |
| Линейные ускорители | |
| Другие ускорители | |
| ИЗОЛЬДЕ объект | |
| Неускорительные эксперименты | |
| Будущие проекты | |
| Похожие статьи |
|
