Panie Lucas, co z tą grawitacją?

Czyli krótka opowieść o tym, jak to jest oglądać science fiction z autorką.

Pamiętam, że nigdy nie lubiłam oglądać filmów detektywistycznych ani seriali kryminalnych z ojcem, który zawsze musiał wtrącić swoje trzy grosze do tego, co działo się na ekranie. A to broń nie taka, a to procedury nieodpowiednie, a to… Minęło trochę czasu, a sama stałam się marudną widzką (która jednak docenia sztukę filmową). Zapraszam na kanapę, obejrzyjmy razem co nieco.

Star Wars (Gwiezdne wojny)

Ukochana saga wielu pokoleń ma swoje niezamierzone kiksy, wymuszone niejako koniecznością dopasowania się do naszego świata i przełożenia ogromu kosmosu na ziemskie warunki. Ale czy kiedyś zastanowiliście się nad tym, że każda planeta ma tę samą siłę grawitacji i taką samą atmosferę (mniej więcej, poza skrajnymi przypadkami)? Nie? To teraz będziecie o tym myśleć, oglądając każdy film, w tym Diunę – we wpisie o mniejszej Ziemi wyjaśnialiśmy sobie bowiem, jak zmienia się wiele czynników zależnych od rozmiarów planet. Dołóżmy do tego niesamowite efekty dźwiękowe w próżni i mamy sporo materiału do przemyśleń. A jak chcecie jeszcze powzdychać przy okazji kosmicznych pościgów i ucieczek przez pasy planetoid, to tylko tak przypomnę, że odległości pomiędzy poszczególnymi ciałami niebieskimi w takich pasach są ogromne, a szansa na to, że się rozbijemy o skaliste odłamki, jest niezwykle niska, jedna na miliard, a nie, jak twierdzi C3PO, 1:3720. Średnia odległość między planetoidami w naszych pasach (między Marsem i Jowiszem oraz w pasie Kuipera) to mniej więcej 3 razy tyle, co odległość od Ziemi do Księżyca. Space is vast!

Total Recall (Pamięć absolutna)

Jeśli czytaliście wpis o dekompresji w kosmosie, to domyślacie się już, co było największym błędem scenarzysty:

Kadr z filmu Total Recall, TriStar Pictures.

W wielu filmach tak właśnie przedstawia się dekompresję, podczas gdy w rzeczywistości proces ten nie jest tak gwałtowny i zwykle kończy się odmrożeniami okolicy ust oraz „zagotowaniem się” krwi w żyłach ze względu na obniżenie ciśnienia.

Waterworld (Wodny świat)

Kiedy już przestaniecie zachwycać się kostiumami i efektami specjalnymi, to musicie sobie uzmysłowić, że niestety nie ma takiej możliwości, żeby – nawet po stopieniu całego lodu na Ziemi – nasza planeta pokryła się głębokim oceanem. Wzrost poziomu wody wyniósłby bowiem około 70–90 metrów według różnych szacunków. Oznacza to, że woda dotarłaby do Warszawy, ale jej raczej nie zaleje. Nie oznacza to, że nie powinniśmy przejmować się globalnym ociepleniem: trafiające co roku do naszych oceanów dodatkowe masy wody wpływają bowiem już teraz na linię brzegową, prądy morskie oraz faunę i florę.

Gravity (Grawitacja)

Oczywiście możemy się spierać, czy cały film powstał tylko w głowie bohaterki, ale nie da się nie zauważyć, że jego fabuła od początku oparta jest na… błędzie. Choć Gravity to świetny film i jest w nim wiele naukowych smaczków, to sporo kwestii związanych choćby z tytułowym zjawiskiem jest nie do końca zgodnych z nauką: na przykład nie da się w przestrzeni kosmicznej polecieć „na Supermana”, wskazując jakiś obiekt i kierując się na niego, a teleskop Hubble’a i stacje kosmiczne są zbyt daleko od siebie, by łatwo się pomiędzy nimi przemieszczać.

Najgorętsza debata dotyczy jednak wypadku Kowalskiego (George Clooney), w wyniku którego odpływa on majestatycznie w przestrzeń kosmiczną. Z jednej strony wydaje się, że Stone (Sandra Bullock) mogła go z łatwością przyciągnąć, ponieważ w mikrograwitacji nie byłoby to problemem. Jeśli jednak założymy, że zaplątała się w elastyczne w miarę liny, to można na upartego uznać, że Kowalski był doskonałym fizykiem i na szybko stwierdził, że energia potrzebna do przyciągnięcia z powrotem ich obojga byłaby zbyt duża na wytrzymałość lin, więc się wypiął. Mam jednak wrażenie, że to był zwykły manewr scenariusza, ponieważ w wielu filmach sci-fi pojawia się ten motyw: bohater odpływa lub zostaje wystrzelony w przestrzeń kosmiczną (czasami nawet śmiesznie poprzez dziurę w skafandrze, co jest oczywiście niemożliwe). Przy okazji niejako dodam, że puszczenie bąka w mikrograwitacji też nie jest początkiem szybkiej podróży na przestrzał przez statek kosmiczny (więcej informacji o jedzeniu i gazach w kosmosie w tym wpisie).

Armageddon (Armagedon)

Niezłe kino akcji, fatalne kino science fiction, bo za dużo fikcji. Po pierwsze, asteroida wielkości Teksasu to nie jest coś, co moglibyśmy przeoczyć, nawet przy założeniu, że leciałaby „od Słońca”. Ale nawet gdyby, to zapewniam Was, że szybciej nauczylibyśmy astronautów prowadzić odwierty niż wyszkolilibyśmy górników, nafciarzy czy nawet pracowników kamieniołomów do pracy w kosmosie. Nie zacytuję Bena Afflecka i odpowiedzi na jego pytanie, bo niecenzuralne, ale zauważył on ten problem.

Natomiast zdecydowanie największe dziury w skale filmu wywiercili scenarzyści na samej planetoidzie. Nie tylko grawitacja zdaje się pozwalać na poruszanie się ludzi i sprzętu (a to mały stosunkowo obiekt!), to jeszcze wywiercenie małej dziurki niedaleko powierzchni ma pomóc rozmieścić ładunki i rozwalić planetoidę. Za to każdy z nas się wzruszył patriotyzmem, mission accomplished.

The Martian (Marsjanin)

Nie będę ukrywać, że jestem fanką książki i filmu, bo moim zdaniem stanowią one jedno z najwspanialszych zaproszeń do świata nauki, pokonywania własnych ograniczeń oraz wykorzystywania wiedzy w nieszablonowy sposób. Jednak gdyby nie to, że autor umieścił na Marsie burzę piaskową, która nie może się zdarzyć, nie śledzilibyśmy z wypiekami tej historii, a Mark Watney nie pisałby do NASA zabawnych wiadomości rodem z podstawówki!

Otóż marsjańskie burze piaskowe rzeczywiście są problematyczne, ale raczej wyglądają one tak, jak widzimy to w dalszej części filmu: po prostu wiatr o prędkości 150 km/h na Marsie „wieje słabiej”. Kłania nam się fizyka: rzadka atmosfera powoduje, że taki wiatr de facto ma prędkość (co przekłada się na „siłę rażenia”) około 16 km/h, czyli mniej więcej trzy stopnie w skali Beauforta, co opisywane jest jako: „liście i gałązki poruszają się”. Sondy Wiking zmierzyły wiatr o porywach do 100 km/h, ale w miejscu, w którym znajdował się hab ekipy, czyli na równinie, wiatry nie są tak silne, a gwałtowne porywy zdarzają się rzadko. Większym problemem jest, co już poprawnie opisał autor dalej, wszechobecny pył, nanoszony bez przerwy na powierzchnię. Co ciekawe, tak zwane dust devils, czyli niewielkie trąby powietrzne, są w rzeczywistości niezwykle przydatne: okazało się bowiem, że wcale nie nanoszą więcej pyłu, a raczej dzięki nim oczyszczają się na przykład panele słoneczne łazików!

We wpisie będącym drugą częścią opowieści o mieszkaniu na Marsie wyjaśnimy to sobie dokładniej.

Zejdźmy teraz na Ziemię… albo pod ziemię.

The Core (Jądro Ziemi)

Abstrahując od faktu, że to jest naprawdę zły film (serio, dialogi niedobre), to już wiemy, co by się stało, gdyby Ziemia przestała się obracać: żadnego filmu by nie było, chyba że miałby to być krótki film gore.

Załóżmy jednak, że ekipa jakimś cudem dostałaby się do jądra Ziemi, to jednak ciśnienie tam wynosi 330 000 000% ciśnienia na powierzchni, co twórcy filmu starannie zignorowali. Temperatura powyżej 5000 stopni Celsjusza też niespecjalnie by pomogła w wyprawie. Pamiętajmy, że na razie nie umiemy nawet wysłać na powierzchnię Wenus sondy, która przetrwałaby zaledwie 475 stopni i ciśnienie rzędu 75 atm, czyli takie, jakie na Ziemi panuje niecały KILOMETR od powierzchni.

Mogłabym tak oczywiście rozbierać na części każdy film; zresztą niejeden naukowiec pomagał to robić – jednak mimo wszystko uważam, że science fiction to wspaniały sposób na zachęcenie ludzi do zainteresowania się nauką, wyobrażenia sobie przyszłości i rozwijania marzeń. Kiedy więc oglądam po raz kolejny Star Treka, to staram się jednak nie myśleć o tym, że hybrydy takie jak Spock, nie mogą powstawać, ale o tym, że nasza wyobraźnia w połączeniu z wiedzą kiedyś być może powiodą nas ku gwiazdom. A jak mogłoby się to odbyć, opiszę niedługo.

Live long and prosper!

I oglądajcie oraz czytajcie sci-fi, warto! Świetne pozycje to Interstellar, Marsjanin (mimo wszystko), Odyseja kosmiczna (oglądać! nie marudzić, że nudne!), Blade Runner, Ghost in the Shell czy Solaris.

Akceleratory analizują obrazy van Gogha

Zapewne wielu z was podziwia niesamowite obrazy takich mistrzów, jak Vincent van Gogh i jego współcześni. Niesamowita wyobraźnia, fascynujące kolory. Mistrz Vincent bardzo lubił malować słoneczniki – stworzył całą serię obrazów poświęconych tym sympatycznym kwiatom.

Vincent van Gogh – Słoneczniki

Źródło: Wikipedia

Licencja: domena publiczna

No a jak się maluje słoneczniki, to trzeba koniecznie sięgnąć po żółtą farbę. I tu trafiamy na trop farmaceutyczny, albowiem pigmentem, który w XIX w. zaczęli stosować malarze był siarczek kadmu (CdS) – związek o intensywnej żółtej barwie.

Siarczek kadmu

Autor: Chemicalinterest

Licencja: CC BY SA 3.0

Farmacja? Tak, bo właśnie na początku XIX w. w sprzedawanych w niemieckich aptekach preparatach cynku znaleziono nowy pierwiastek, który nazwano kadmem (Cd). Jego związki występują właśnie w rudach cynku, choć w niewielkich ilościach. Związki kadmu, tak jak większości metali ciężkich, są dla człowieka niezwykle szkodliwe. W tamtych czasach jednak o tym nie wiedziano, a artyści uwielbiali stosować żółcień kadmową do wyrobu pigmentów, ponieważ związek ten jaśniał niezwykłym blaskiem. Ale szkodliwość to jeden z aspektów, innym jest trwałość, a w zasadzie jej brak. Jeszcze za życia van Gogha zauważono, że żółte kolory na jego płótnach zmieniają się. Jasna, bardzo żywa barwa stopniowo gasła, zmieniając się w brązowawą albo ziemisto białą. Wiemy o tym nie tylko z opowieści tych, którzy go znali osobiście. Napisał w życiu wiele listów i tam właśnie dzielił się przemyśleniami o degradacji pigmentów na obrazach.

A teraz na pomoc przyszła nauka, przed którą postawiono dwa pytania:

1. Co powoduje degradację żółtej barwy?

2. Czy (a jeśli tak, to jak) można ten proces zatrzymać?

Na szczęście dziś dysponujemy wyrafinowanymi metodami badań nieniszczących, takimi jak spektrometria rentgenowska (XRF). Nie trzeba pobierać próbek z obrazu, wystarczy go zbombardować promieniowaniem rentgenowskim. Reszta jest kwestią techniki. W tym przypadku badania musiały być bardzo precyzyjne. Aby wiązka elektronów była jak najbardziej skupiona na konkretnym punkcie obrazu, do badania trzeba było wykorzystać (paradoksalnie) gigantyczne urządzenie zwane synchrotronem. Wybór padł m.in. na niemiecki olbrzymi akcelerator cząstek – synchrotron DESY w Hamburgu (długość kolistego tunelu to 6,3 km). Drugim ośrodkiem, w którym prowadzono badania był Europejski Ośrodek Promieniowania Synchrotronowego w Grenoble (Francja).

Bez wchodzenia w szczegóły napiszę, że taka analiza pozwala na bardzo precyzyjne określenie składu pierwiastkowego próbki – w tym przypadku pigmentu na obrazie.

Uzyskane w różnych laboratoriach wyniki są bardzo ciekawe z chemicznego punktu widzenia. Pierwotnie uważano, że problemem jest światło, które może powodować rozkład siarczku kadmu z wydzieleniem metalicznego kadmu (szary). Tymczasem okazało się, że w szarzejącym pigmencie odkryto dwa inne związki kadmu. Pierwszym był siarczan kadmu(II), czyli CdSO4. Związek ten powstaje przez powolne utlenienie siarczku tlenem z powietrza w obecności wilgoci. Ale nieco bardziej zaskakujące było wykrycie szczawianu kadmu (CdC2O4). Ale tylko nieco bardziej. Kluczem do tej zagadki jest werniks – szlachetny lakier stosowany do rozdzielania warstw obrazu albo zabezpieczenia zewnętrznej warstwy. Jednym z jego składników, którego zadaniem jest przyśpieszenie schnięcia lakieru, jest szczawian (np. manganu). Niestety, mieszanka tych wszystkich związków powoduje szybką degradację obrazów. Co do drugiego pytania – czy da się ten proces zatrzymać? Jak dotąd nie znaleziono sposobu. Sprawa jest dość trudna, ponieważ z czasem składniki werniksu ulegają rozkładowi, więc mamy do czynienia ze skomplikowaną mieszaniną złożonych związków chemicznych. Niemniej jednak te wszystkie precyzyjne analizy mogą być podstawą do poszukiwania sposobu powstrzymania dalszej degradacji.

Podobne problemy dotknęły też piękne dzieło innego artysty – Henri Matisse’a „Le bonheur de vivre” („Radość życia”), który także zawiera sporo żółcieni kadmowej.

Henri Matisse – Le bonheur de vivre

Źródło: Wikipedia
Licencja: Domena publiczna

Co ciekawe – starożytni mieszkańcy Ameryki Centralnej potrafili stworzyć żółty (i niebieski) barwnik, trwały przez wiele setek lat – bez użycia związków metali ciężkich. Ale o tym napiszę w osobnym odcinku.

(c) by Mirosław Dworniczak

Jeśli chcesz wykorzystać ten tekst lub jego fragmenty, skontaktuj się z autorem. Linkować oczywiście można.