| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
Cesta do jádra Země
Tomáš Hála
Vše, co dnes víme o nitru Země, se zjišťuje pouze nepřímo z různých projevů zemské aktivity jako je šíření seizmických vln a jejich lom či odraz na rozhraních v různých hloubkách zemského masivu nebo z teoretických modelů podpořených počítačovými simulacemi. Takto získané informace jsou nepřesné a silně omezené charakterem pozorovaných vln. Spektrum seizmických vln je velmi úzké ve srovnání s elektromagnetickými vlnami, s jejichž pomocí zkoumáme okolní vesmír. A tak máme dnes o okolním vesmíru podstatně více informací než o nitru naší Země. Vysílání nejrůznějších sond do prostoru kolem nás je již na denním pořádku a tyto sondy také přinesly mnoho klíčových poznatků určujících směr vývoje dnešní fyziky. Oproti tomu vyslání sondy do jádra naší planety je stále považováno za science fiction.
David J. Steveson, který se prakticky celý život zabývá výzkumem vnitřních struktur planet a jejich měsíců, se snaží poukázat na propastný rozdíl v úsilí věnovanému zkoumání okolního světa a nitra Země. Tento americký fyzik vystudoval teoretickou fyziku na Cornell University v New Yorku, jeho diplomová práce se zabývala vnitřní strukturou Jupitera. V současné době je profesorem na katedře geologie a planetárních věd na California Institute of Technology (Caltech) a mimo jiné se zabývá interpretací dat naměřených různými sondami. Podle jeho názoru je vyslání sondy do jádra Země možné, pokud se o to začnou zajímat potřebné vědecké síly a pokud do tohoto projektu někdo investuje peníze. Zdánlivou neuskutečnitelnost této mise srovnává se stejnou dřívější nedůvěrou ve vesmírný program, který je v současné době již denní rutinou. A to především díky tomu, že se na něm začalo zcela vážně pracovat a krok za krokem překonávat zdánlivě nepřekročitelné bariéry.
Principielní schema mise
David J. Steveson tedy přichází s hrubým nástinem, jak by taková mise do jádra Země mohla vypadat: V Zemi se musí vytvořit trhlina, do které se nalije obrovské množství roztaveného železa a malá sonda. Tato tavenina díky vysoké hustotě sama vlivem gravitace proteče až do nitra Země odkud by sonda pomocí zvukových vln vysílala na povrch naměřená data.
Trhlina
Na vytvoření dostatečného tlaku pro průchod zemskou litosférou je potřeba vytvořit trhlinu o objemu zhruba 10 000 m3. K tomu bude potřeba asi 1015 Joulů energie, což odpovídá několika megatunám TNT nebo zemětřesení o síle sedmi stupňů Richterovy stupnice. Správné využití takového množství energie k vytvoření trhliny je podle Stevesona menší problém než projekt Manhattan. Uvedené číslo představuje horní hranici, protože množství potřebné energie se dá podstatně zredukovat využitím existujících tlaků pod povrchem Země.
Tavenina
Tato trhlina se následně vyplní železem roztaveným na teplotu 10 000 K. Na to bude potřeba zhruba 108 kg železa, takové množství vyprodukují světové slévárny za pouhou hodinu (viz. www.worldsteel.org). Každého asi napadne otázka, co bude udržovat teplotu této taveniny během sestupu. Steveson se domnívá, že ke chladnutí taveniny bude docházet jen chvíli, blízko povrchu, než trhlina klesne dostatečně hluboko. Hlouběji pod povrchem je totiž tepelná difúze do okolních stěn natolik pomalá, že tavenina dosáhne svého cíle dříve než by stihla vychladnout. Předpokládanou rychlost sestupu vypočítal na zhruba 5 m/s, to znamená dosažení jádra Země za pouhé dva týdny. U taveniny narážíme na závažnější problém než je chladnutí: Je známo, že se zvyšujícím se tlakem stoupá teplota tání látek a teplota poblíž jádra Země je při uvážení okolního tlaku pod teplotou tání železa. To vyžaduje provést výzkum vlastností nerostů pod vysokými tlaky a nalézt vhodné přímesi do taveniny, které by mohly ve výsledku značně zvýšit cenu projektu.
Sonda
Dalším oříškem je samotná sonda. Měla by obsahovat miniaturní čidla pro měření okolní teploty, látkového složení, elektrické vodivosti atd. A to vše musí odolávat extrémním podmínkám v jádře Země. V neposlední řadě je tu problém komunikace se sondou. Dopravit naměřená data zpět na povrch je nelehký úkol. Země je v krátkodobém horizontu pro elektromagnetické vlny neprůhledná a použití neutrin pro komunikaci je asi skutečně nereálné. Jako schůdné řešení se nabízí použití seizmických (zvukových) vln. Země se totiž chová jako zvuková čočka, což usnadňuje dopravení detekovatelného signálu na povrch. Zdrojem energie pro vysílání by mohlo být například zařízení fungující na principu Stirlingova motoru.
Celý tento projekt zní jistě velmi šíleně, ale šílené myšlenky stály u zrodu mnoha velikých projektů a objevů, které posunuly hranice lidských schopností zase o něco dále. Práce vynaložená na výzkum struktury Země určitě není marnou. Dozvíme se, jak probíhal vývoj naší planety, umožní nám lépe porozumět procesu zrodu planet a Sluneční soustavy, poodhalí nám zdroj magnetického pole Země, mohli bychom získat nové poznatky o vulkanické činnosti a zemětřesení a nebo nalézt alternativní zdroje energie.
Odkazy
