Nuostabus dujų pasaulis

Milžiniški dujų ir dulkių debesys egzistuoja visoje visatoje – ūke. Tai vieta, kurioje gimsta žvaigždės. Gravitacinės jėgos verčia dujas ir dulkes kauptis į molekules, kurios sukasi aplink savo ašį ir taip didėja šių medžiagų tankis. Kai kurios iš šių medžiagų virsta planetomis. Taip prieš penkis milijardus metų susikūrė mūsų saulės sistema.

Gyvename vandenyno dugne – gyvybės ir oro pilname vandenyne.

Trumpam atsukime laikrodį keturis milijardus metų atgal, kai žemė buvo iki raudonumo įkaitusi planeta. Raudona ir įkaitusi planeta sukosi orbitoje aplink vieną iš kelių žvaigždžių, kuri vėliau buvo įvardinta Saule. Tuo metu jaunosios planetos paviršius pradėjo kietėti ir formuotis plonas oro sluoksnis. Todėl žemė tokia sunki ir jos gravitacinės jėgos gali išlaikyti atmosferą – ne visoms planetoms taip pasisekė.

Ypatingas grynumas

Daugelyje laboratorijų ir kai kuriose pramonės šakose būtina tiekti labai švarias dujas – ir jos gali būti pagamintos tokios kokybės, kad viename milijone dujų molekulių bus tik viena „pašalinė“ molekulė. Jos aprašomos kaip ppm = dalelės mln.

Taigi, užgimė labai išskirtinė planeta. Jos raudonai įkaitęs geležies branduolys sukuria stiprų magnetinį lauką. Pvz., dėl jo planetos atmosferos sluoksniai gerai apsaugoti nuo nuolatinių saulės elektronų bombardavimo, taip vadinamo saulės vėjo. Elektronai smūgiuoja žemės atmosferą 1.600 km/sek. greičiu. Magnetinis laukas atspindi saulės vėją ir stumia jį į žemės ašigalius, kur bombardavimas baigiasi ir matoma nuostabi šiaurės pašvaistė. Saulės vėjas labai kenkia planetoms, kuriose nėra magnetinio lauko. Jose atmosfera nupučiama nuo planetos į kosminę erdvę.

Pradžioje žemės atmosfera nebuvo tokia, kaip ją suvokiame dabar. Ją sudarė 99% azoto ir mažiau nei 1% deguonies. Procesai prasidėjo tik su gyvybės atsiradimu. Per milijonus metų augalai tapo unikaliu reiškiniu žemėje, nes jie gamino deguonį, daug deguonies. Vienu metu deguonies kiekis atmosferoje siekė 35% ,gerokai daugiau nei šiandien – beveik 21% . Atsiradus gyvūnams, nusistovėjo nauja sąveika ir pusiausvyra: Gyvūnai naudojo deguonį ir tiekė augalams anglies dioksidą.

Oras, kuriuo kvėpuojame

Didžiausią oro, kuriuo kvėpuojame, dalį sudaro azotas. Jis sudaro 78,09% oro tankio. Oras taip pat susideda iš 20,95% deguonies, 0,93% argono (inertinės dujos) ir vos 0,03% anglies dioksido. Ore taip pat yra labai mažas kitų dujų kiekis: tokių kaip neonas, helis ir kriptonas.

Koks žemės atmosferos tankis? Niekas negali tiksliai atsakyti, nes atmosfera plonėja, kuo toliau judame nuo žemės – kitais žodžiais tariant, nėra skiriamosios ribos.

Žemės spindulys siekia 6.370 kilometrus. Atmosfera yra labai plona lyginant su juo ir 99,999 proc. oro glūdi mažiau nei 100 kilometrų aukštyje. Jei skrisite įprastiniu komerciniu lėktuvu 10 kilometrų aukštyje, 80 proc. atmosferos bus žemiau jūsų. Kiekvienas astronautas jums pasakys, kad žemės atmosfera panaši į ploną odą.. Plona ir graži.

Mes gyvename atmosferos dugne, matydami skaidrų melsvą dangų vieną dieną , o kitą – pilką. Netgi šiuo atžvilgiu, žemės atmosfera nuostabi – ji permatoma, kad didesnė dalis gyvybę teikiančios šviesos galėtų prasiskverbti iki pat oro jūros dugno ir pasiekti mus. Šviesa jau nepasiekia jūros gelmių vos po kelių šimtų metrų.

Dujos

Dujas daugelis suvokia kaip gamtines, miesto ar propano dujas. Tai dujos, kurios naudojamos tik kaip kuras. Iš tiesų, žodis „dujos“ aprašo medžiagos būseną. Kitais žodžiais tariant, kad medžiaga yra dujinės būsenos.

Mes gyvename atmosferos dugne, matydami skaidrų melsvą dangų vieną dieną, o kitą – pilką. Netgi šiuo atžvilgiu, žemės atmosfera nuostabi – ji permatoma, kad didesnė dalis gyvybę teikiančios šviesos galėtų prasiskverbti iki pat oro jūros dugno ir pasiekti mus. Šviesa jau nepasiekia jūros gelmių vos po kelių šimtų metrų.

Nors oras atrodo nematomas, jo yra žemėje ir jis beveik visada juda. Jis sveria daugiau nei galvoja daugelis žmonių. Venas kubinis metras sveria apie 1,2 kg. Todėl įprastinime gyvenamajame kambaryje yra apie 60 kg oro.

Kasdien vartojame žodį „oras“. Technikos specialistai vadina jį kitaip: Jų pasaulyje oras sudarytas iš daugelio dujų. Terminas „dujos“ pirmiausia taikomas ant žemės paviršiaus esančioms dujinėms medžiagoms – visos medžiagos gali būti trijų būsenų: Kietos, skystos ir dujinės. Pvz.: vanduo – gali būti ledu, skysčiu ir garais (nematomais) atmosferoje.

Faktą, kad įprastinis oras gali virsti skysčiu, daugelis laiko tikru stebuklu. Bet protingai taikant fizikos dėsnius dujoms, oras gali būti pakankamai aušinamas, kad virstų vandeniu. Taip pat orą galima išskaidyti į atskiras dujų sudedamąsias medžiagas, nes esant skirtingoms temperatūroms jos virsta skysčiu Panašiai, kaip tokios dujos kaip deguonis, azotas ir argonas gaminamas iš išretėjusio oro.

Žvaigždės – visatos „dujų gamyklos“

Priešingai, nei daugelis gali manyti, didesnė dalis galaktikos masės sudarytos ne iš žvaigždžių ir planetų, bet tarp žvaigždžių esančių dujų ir kitų galaktikų išorinėje erdvėje. Visatos masė pradžioje buvo sudaryta iš 80% vandenilio ir 18% helio. Sunkesni mums žemėje žinomi elementai sudaro mažiau nei 2%.

Praktiškai, tai reiškia, kad 10 kartų erdvėje pasirinkus atomą, 9 iš jų bus vandenilis, todėl jie vadinami: „Visatos statybiniais blokais.“

Vandenilio debesys randami danguje ir jie sudaro įprastinę žvaigždės gyvenimo dalį. Mažesnės žvaigždės gali gyventi iki 10 mlrd. Metų, didesnės sudega greičiau ir gyvena keletą mln. metų. Atsižvelgiant į tai, kad visatai apie 15 mlrd. metų, galima manyti, kad jos turėjo jau seniai sudegti ir dangus turėtų dabar būti aklinai juodas. Bet laimei, nuolat užgimsta naujos žvaigždės ir užgęsta senosios ir dujų debesys tarp žvaigždžių yra šio nuolatinio proceso dalis.

Žvaigždės susidaro iš dujų debesų, kurios suyra dėl gravitacijos. Taip susidaro vietiniai dujų luitai, kurie tankėja ir pradeda šilti. Kai įkaista jos centras (>1 mln. °C), branduoliniai procesai virsta lydymosi procesu, kai vandenilis virsta į helį , kaip vandenilinė bomba.

Nevaldomi procesai grasina suskaidyti dujų debesį, bet gravitacija išlaiko jį kartu. Jei debesis pradeda irti, kyla branduolių temperatūra ir intensyvėja branduoliniai procesai. Taip žvaigždė auga, tada krenta jos temperatūra ir branduoliniai procesai slopsta. Vėliau žvaigždės gyvenime branduolių temperatūra bus pakankamai aukšta, kad lydytųsi helis, o helis į geležį. Deguonis ir azotas panašiai sudaro supernovas. Kai žvaigždė pereina į naują raidos etapą – ir galiausiai miršta – jos dujos išplinta po erdvę, kai jos formuojasi į naujas žvaigždes.

Tai reiškia, kad žvaigždės gali iš tiesų būti vadinamos visatos „dujų gamyklomis“, kuriose susidaro sunkesnieji elementai, užtikrinantys planetų ir gyvybės raidą, kaip čia žemėje. Todėl kita žvaigždžių karta bus iš kelių sunkiųjų elementų, kurie formavimo metu „centrifuguosis“ į tokią žvaigždę kaip saulė, iš kurios susiformavo vidinės planetos (Merkurijus, Venera, Žemė ir Marsas), kaip prieš 5 mlrd. Metų susidarė Saulės sistema.

Tekstas – Henrik Rosenørn
Nuotrauka – Linde ir Astronomibladet (DK)