Točitá koule roztaveného sodíkuVeritasium

Měření tepla je tu zásadní diagnostika. Aby vše probíhalo, jak má. - Měření tepla? - Ano. Je špatně, když je moc horko? Sodík se v teple roztahuje, nádoba má omezenou kapacitu, u jisté teploty přeteče. A přetéct by neměla. Jaká to je teplota?

Asi 130 stupňů. - Už jste se jí někdy přiblížili? - Ne. Máme teploměry a záložní teploměry a záložní záložní teploměry. Pojďme video založit na tom, co tahle věc vůbec je. Tohle je třímetrová koule roztaveného sodíku. To je 12,5 tuny horkého, tekutého kovu. Může se otočit až čtyřikrát za vteřinu. Při takové frekvenci se povrch koule točí více než 130 km/h.

To je více než 80 mil za hodinu. Má to reprezentovat Zemi. Snaží se zjistit, jak Země generuje magnetické pole. První vědci, kteří to studovali, počínaje Williamem Gilbertem v roce 1600, se domnívali, že Země je permanentní magnet. Dnes víme, že vnitřní jádro je pevné a tvoří ho především železo a nikl, feromagnetické prvky.

Jeho teplota je ale skoro 6000 Kelvinů, což je nad jejich Curieovou teplotou, takže by v žádném případě nemohli být permanentními magnety. To samé platí pro pevný zemský plášť. Je na permanentní magnet příliš horký. Proto nám zbývá tekuté vnější jádro jako jediný možný zdroj magnetického pole. A tohle modeluje třímetrová koule plná tekutého sodíku. Musí být co největší, musí být co nejrychlejší a tekutý sodík je nejlepší vodič ze všech tekutin.

Jeho nevýhoda je, že je nebezpečný a hořlavý... Porucha by byla mírně katastrofická. Je to zvláštní fráze, ale... Mírně katastrofická? Většina budov se hasí vodou, ale tato laboratoř ne. A to proto, že takhle vypadá reakce jedné kapky sodíku s vodou.

Teď to vynásobte 2,5 tunami a máte mírně katastrofický scénář. Ale vědci na to vymysleli jiný plán. Nad koulí je nádoba s tekutým dusíkem, takže pokud se něco pokazí, můžete ji ihned na experiment vylít. Takže tohle je fyzikův superhasičák? Je to záložní plán. Hlavní plán je žádná porucha. Záložní plán je uhasit oheň kryogenikou.

A funguje to skvěle. Má o 300 °C méně než sodík. Sodík nemůže v dusíkové atmosféře hořet, koule se zmrazí, uniklý sodík také zmrzne a všechno je v pohodě. Ale když všechno funguje, jak má točící se koule tekutého kovu vytvářet magnetické pole? U Země je to takhle: Když Země vyzařuje teplo do vesmíru, její jádro chladne. To znamená, že pevné jádro roste, když nikl a železo tuhnou na jeho okraji.

Jiné, lehčí prvky, například síra, zůstanou ve vnějším jádru. A tak jsou tyto lehčí prvky nadnášeny a stoupají nahoru v turbulentních proudech. K tomu přidejte, že Země se otáčí. Rotace způsobuje, že z proudů jsou spirály přibližně rovnoběžné s osou rotace Země.

Tyto spirálovité proudy tekutého kovu mohou zachytit magnetické siločáry. Jak se pohybují a natahují pole, vytváří elektrické proudy, které mají vlastní magnetická pole. Když se magnetická pole vytváří rychleji, než zanikají, pak dostanete soběstačný elektrický generátor, dynamo. Generací magnetických polí dynamem myslíme, že máte turbulentní vodič, například jádro, které spontánně generuje magnetické pole.

Když tam je aspoň trochu proudu, vytvoří malé pole, které způsobí další pohyb, který vytvoří další proud, další pole, víc pohybu, nakonec jen přeměňujete pohyb na proud. Ale je to nestabilní. To je neintuitivní, na začátku není žádné pole, kde se tedy vezme proud?

Ne, všechno, co potřebujete, je naprosto miniaturní pohyb. Náhodný proud se rozroste po celém tělese. Je to nestabilní, takže nezáleží, kde byla první jiskra. Jsme ve stádiu, kdy nevytváříme vlastní magnetická pole, ale doufáme, že to dokážeme v příštím experimentu. Zatím aplikujeme magnetické pole zvenčí a sledujeme, jak se pomocí turbulence zvětšuje. Zatím dostáváme různá zesílení podle dalších okolností, například můžeme aplikovat externí magnetická pole, která se otočí tokem sodíku, a magnetické pole pod jistým úhlem může být až desetkrát větší než to externí.

I když dynamo ještě nemáme, získáváme hodně energie. A proč je důležité rozumět magnetickému poli Země? Víme, že díky magnetickému poli je Země obyvatelná. Jednak kvůli tomu, že magnetosféra nás brání proti nejhorším slunečním bouřím.

Ale poslední dobou magnetosféra slábne. a posledních 170 let zesláblo o 10 %, vůbec nevíme proč. Velmi slabé je nad jižním Atlantikem, takzvaná jihoatlantická anomálie. Víme, že se pole v historii Země mnohokrát převrátilo. A nevíme, kam spěje teď. S dnešními poznatky nemůžeme nic předvídat. Proč je to důležité?

Magnetické pole má počasí, má různé změny a možná by se hodila předpověď, ať se na ně můžeme připravit. A umožní nám to tato koule předpovídat? Je to experiment, nikdo to nikdy dřív nezkusil, je jediný na světě, takže nevíme, co nás čeká. Proto děláme experimenty. Nevíme, jestli je možné předpovídat budoucnost magnetického pole. Je to otevřená otázka.

Překlad: Šaman Bobo www.videačesky.cz