Τα θέματα φυσικής 2018 και οι λύσεις τους

Τα θέματα φυσικής 2018 και οι λύσεις τους από το e-yliko και το φίλο Πρόδρομο Κορκίζογλου 

Το link ΕΔΩ  σε word και pdf

Διαπλανητικές εποποιίες Κίμων Χατζημπίρος

Ex Scientia 8

Διαπλανητικές εποποιίες

Κίμων Χατζημπίρος

Οι αποστολές διαστημικών σκαφών στο Ηλιακό Σύστημα ωθούνται κατ’ αρχάς από την ανθρώπινη περιέργεια. Πάντως, πέρα από αύξηση της γνώσης, κτίζουν σταδιακά την άμυνα της ανθρωπότητας έναντι μιας πλανητικής απειλής. Οι μαζικές εξαφανίσεις βιολογικών ειδών σε κάποιες γεωλογικές περιόδους πιθανώς οφείλονται σε συγκρούσεις της Γης με μεγάλους αστεροειδείς ή κομήτες. Τέτοια φαινόμενα είναι συνήθη στο Σύμπαν, όπως αποδεικνύουν οι αναρίθμητοι κρατήρες στις επιφάνειες των πλανητών. Η πιθανότητα να συμβεί το επικίνδυνο γεγονός στην σύντομη διάρκεια μιας ανθρώπινης ζωής είναι αμελητέα, αλλά, δεδομένης της μακρόχρονης ζωής ενός πολιτισμού, η πιθανότητα καταστροφής λόγω σύγκρουσης του πλανήτη του με αστεροειδή δεν είναι ασήμαντη.

Περιφερόμενοι αστεροειδείς

Είναι χρήσιμα τα φιλόδοξα διαστημικά προγράμματα που καταναλώνουν οικονομικούς πόρους και διανοητικό κεφάλαιο; Αναμφισβήτητα, συντελούν στην αυτογνωσία του ανθρώπου και γεννούν τεχνολογική ώθηση αξιοποιήσιμη σε πολλά επίγεια προβλήματα. Επιπλέον όμως, οι αποστολές μη επανδρωμένων σκαφών σε μακρινούς προορισμούς συνεισφέρουν στην μακροπρόθεσμη αυτοπροστασία της ανθρωπότητας. Αν υπάρχουν προηγμένοι πολιτισμοί στο Σύμπαν, είναι εκτεθειμένοι, όπως και η Γη, σε επικίνδυνες συγκρούσεις και, πιθανώς, έχουν επινοήσει επιτυχείς τρόπους προστασίας που συνιστούν προϋπόθεση μακροπρόθεσμης επιβίωσης. Για τον καθημερινό άνθρωπο, το ζήτημα μοιάζει πολυτέλεια χωρίς νόημα, κάποιοι όμως το βλέπουν σε ευρύτερο ιστορικό πλαίσιο και γρηγορούν. Με την εξερεύνηση προωθείται η αξιολόγηση των κινδύνων, αναζητούνται τρόποι για έγκαιρο εντοπισμό της θέσης, της ταχύτητας και των μηχανικών ιδιοτήτων της επιφάνειας των επικίνδυνων αστεροειδών και κομητών, ώστε να είναι μελλοντικά εφικτή μια τεχνητή αλλαγή της τροχιάς τους, πιθανώς με εκτόξευση κατάλληλου πυραύλου.

Πριν λίγες εβδομάδες, αστρονομικές παρατηρήσεις ανακάλυψαν, για πρώτη φορά κοντά στην τροχιά της Γης, έναν ακίνδυνο εξωτερικό επισκέπτη, προερχόμενο από άλλο μέρος του Γαλαξία. Επειδή απομακρύνεται γρήγορα, οι αστρονόμοι δεν πρόλαβαν να μελετήσουν τα χαρακτηριστικά του και να μετρήσουν μέγεθος, μάζα και χημική σύνθεση. Είναι μάλλον βραχώδες αντικείμενο κινούμενο προς τον αστερισμό του Πήγασου, θα είναι ορατό επί ένα ή δύο μήνες και μετά θα χαθεί για πάντα. Η υψηλή ταχύτητα και η παράξενη τροχιά του έδειξαν στους επιστήμονες ότι δεν προέρχεται από το Ηλιακό Σύστημα, πάντως η σύντομη παραμονή του στην έλξη του Ηλίου επηρέασε την κατεύθυνσή του. Φαίνεται λοιπόν ότι ουράνια σώματα μπορούν να γίνουν διαστρικά, ξεφεύγοντας από το δικό τους πλανητικό σύστημα, πιθανώς επειδή επιταχύνθηκαν περνώντας σε μικρή απόσταση από γιγαντιαίους πλανήτες.

Εκατομμύρια μικρά ουράνια σώματα, αστεροειδείς ή κομήτες, ανήκουν στο Ηλιακό Σύστημα. Οι αστεροειδείς είναι βράχοι διαφόρων μεγεθών που κινούνται είτε στην ομώνυμη ζώνη μεταξύ Άρη και Δία, είτε πέρα από την τροχιά του Ποσειδώνα. Οι κομήτες έχουν νεφελώδη όψη και η συνήθως ελλειπτική τροχιά τους παρουσιάζει μεγάλη εκκεντρότητα. Κάθε χρόνο πέφτουν στην Γη εκατοντάδες μικροί μετεωρίτες ποικίλης προέλευσης που θεωρούνται σχεδόν ακίνδυνοι, όσοι όμως είναι μεγαλύτεροι από λίγες δεκάδες μέτρα, προκαλούν σοβαρούς κινδύνους. Η συχνότητα συγκρούσεων με την Γη υπολογίζεται με βάση τον αριθμό κρατήρων της Σελήνης, η οποία βρίσκεται στην ίδια διαστημική γειτονιά. Η περιοδικότητα πτώσης αστεροειδών με μήκος 140 ή 50 μέτρων είναι 15.000 ή 1.000 χρόνια, αντίστοιχα. Ένας τέτοιος βράχος ή κομήτης εξερράγη την 30^η Ιουνίου 1908 σε ύψος 5-10 χιλιομέτρων στην ατμόσφαιρα της Σιβηρίας, καταστρέφοντας 2.000 τετραγωνικά χιλιόμετρα δάσους. Από φέτος, ο ΟΗΕ καθιέρωσε την ημερομηνία αυτή ως Ημέρα Αστεροειδών, με σκοπό την ευαισθητοποίηση της παγκόσμιας κοινής γνώμης. Καταστροφή πλανητικής κλίμακας θα προκαλούσε μια σύγκρουση με αστεροειδή μήκους 10 χιλιομέτρων. Η πιθανότητα να συμβεί μέσα στο επόμενο έτος είναι ένα εκατοντάκις εκατομμυριοστό, αφού η μέση συχνότητα σύγκρουσης με την Γη είναι 100 εκατομμύρια χρόνια. Ένα τέτοιο γεγονός συνέβη πριν 66 εκατομμύρια χρόνια και, πιθανώς, εξαφάνισε τους δεινοσαύρους. Στις 19 Απριλίου 2017, ένας βράχος μήκους 650 μέτρων που είχε παρατηρηθεί μόλις 3 χρόνια πριν, πλησίασε την Γη σε απόσταση μικρότερη από 5 φορές την απόσταση Γης-Σελήνης. Αν είχε συγκρουσθεί με τον πλανήτη μας, η καταστροφή θα ήταν τεράστια. Προβλέπεται ότι το 2029 ο αστεροειδής Apophis, μήκους 350 μέτρων, θα πλησιάσει την Γη πιο κοντά από την απόσταση κάποιων τεχνητών δορυφόρων της και θα είναι ορατός με γυμνό μάτι.

Οι αστεροειδείς με μήκος μεγαλύτερο από ένα χιλιόμετρο υπερβαίνουν το 1.000.000, από αυτούς έχουν καταγραφεί μέχρι σήμερα περίπου 700.000 και περίπου 1.000 θεωρούνται δυνητικά επικίνδυνοι, δηλαδή με τροχιές που μπορούν να διασταυρωθούν με την Γη. Η καταγραφή συνεχίζεται και μέχρι το 2020 θα είναι γνωστό τουλάχιστον το 90% των δυνητικά επικίνδυνων αστεροειδών με μήκος μεγαλύτερο των 140 μέτρων.

Rosetta και Philae, Cassini και Huygens

Οι διαπλανητικές αποστολές για την εξερεύνηση αστεροειδών και κομητών συναρπάζουν ένα μέρος του κατοίκων του πλανήτη, ιδιαίτερα τη νεολαία, όπως έδειξε η περιπέτεια του μικρού ρομποτικού οχήματος Philae. Το ευρωπαϊκό διαστημικό σκάφος Rosetta ακολούθησε επί 2,5 χρόνια τον κομήτη 67P/Churyumov-Gerasimenko, κάνοντας παρατηρήσεις από απόσταση 10-30 χιλιομέτρων. Το Philae εκτοξεύτηκε από το σκάφος και προσεδαφίστηκε στον κομήτη την 12^η Νοεμβρίου 2014. Έκανε σημαντικές παρατηρήσεις χάρη σε απροσδόκητη τύχη: αναπηδώντας δύο φορές πριν ακινητοποιηθεί, σε έδαφος πιο σκληρό από το αναμενόμενο, σήκωσε σκόνη, η οποία αναλύθηκε χημικά από τα όργανά του. Τελικά όμως στάθηκε στην σκιά ενός γκρεμού και δεν ολοκλήρωσε τις μετρήσεις, αφού δεν αποθήκευσε ηλιακή ενέργεια αρκετή για την διάτρηση της επιφάνειας του κομήτη. Διαψεύδοντας παλιότερες απόψεις, η αποστολή αποκάλυψε ότι οι κομήτες, εκτός από πάγο και σκόνη, περιέχουν οργανικά μόρια, όπως αρωματικούς υδρογονάνθρακες, αλδεϋδες, ακόμα και αμινοξέα, δηλαδή δομικούς λίθους ζωντανής ύλης, τα οποία σαν συγκολλητική ουσία συγκρατούν μόρια πάγου και πυριτικών υλικών, σε αέρια και στερεή μορφή. Όταν το 2016 η Rosetta ολοκλήρωσε το πρόγραμμα ερευνών, συνετρίβη πάνω στον κομήτη με εντολή του διαστημικού κέντρου της Γης, για λόγους οικολογικής προστασίας.

Η ύψιστη ακρίβεια των πλανητικών κινήσεων και των αστρονομικών μαθηματικών επιτρέπει να επιτυγχάνονται υψηλές διαπλανητικές ταχύτητες και απομακρυσμένοι στόχοι. Η αρχική ώθηση κατά την εκτόξευση ενός σκάφους πολλαπλασιάζεται, χωρίς σημαντική δαπάνη ενέργειας, χάρη στην προσέγγιση και την έλξη μεγάλων πλανητών. Παράδειγμα, η εμβληματική 20ετής περιπέτεια του διαστημικού σκάφους Cassini. Εκτοξεύθηκε από την Γη το 1997, πέρασε επιταχυνόμενο κοντά από την Αφροδίτη και την Γη, στη συνέχεια μελέτησε την ζώνη των αστεροειδών, πλησίασε τον Δία και το 2004 έγινε δορυφόρος του Κρόνου. Εκτόξευσε το μικρό διαστημικό όχημα Huygens που, ταξιδεύοντας χωρίς επιστροφή, προσεδαφίστηκε επιτυχώς στον Τιτάνα και έμεινε ενεργό επί 72 ώρες, στέλνοντας στοιχεία για τον μεγάλο δορυφόρο του Κρόνου με τις υγρές λίμνες υδρογονανθράκων. Αργότερα το Cassini μελέτησε τους δακτυλίους και μερικούς άλλους από τους 62 δορυφόρους του Κρόνου, ειδικότερα πλησίασε την επιφάνεια του Εγκέλαδου, κάτω από την οποία πιθανώς υπάρχει ένας υδάτινος αλμυρός ωκεανός. Τον Απρίλιο 2017, με εντολή από την Γη, το σκάφος ξεκίνησε 22 καθοδικές περιστροφές μεταξύ πλανήτη και δακτυλίων, οι οποίες την 15^η Σεπτεμβρίου 2017 το οδήγησαν, για λόγους οικολογικής προστασίας, να εξαερωθεί μέσα στην πυκνή ατμόσφαιρα του Κρόνου.

Αιώνιοι γαλαξιακοί ταξιδιώτες: Pioneer 10 και 11, Voyager 1 και 2

Στο τέλος της δεκαετίας του ’70 οι διαπλανητικές συνθήκες ήταν ευνοϊκές, με τους γίγαντες πλανήτες Δία, Κρόνο, Ουρανό και Ποσειδώνα να βρίσκονται προς την ίδια κατεύθυνση, φαινόμενο που συμβαίνει μόνο κάθε 160 χρόνια. Η NASA εκτόξευσε το 1972 και 1973 τα μικρά σκάφη Pioneer 10 και 11, για να διαπιστωθεί αν μπορούν να περάσουν με ασφάλεια μέσα από την ζώνη των αστεροειδών, πράγμα που επιβεβαιώθηκε. Τα σκάφη φέρουν από μια επίχρυση αλουμινένια πλάκα με μήνυμα προς ενδεχόμενη εξωγήινη ζωή, στο οποίο περιλαμβάνονται δύο γυμνές φιγούρες άνδρα και γυναίκας και σύμβολα με πληροφορίες για την προέλευση του σκάφους. Αν και η επικοινωνία έχει πλέον σταματήσει, μάλλον συνεχίζουν τα ταξίδια τους, για να φθάσουν το πρώτο στον αστερισμό του Ταύρου και το δεύτερο στον αστερισμό του Αετού μετά από δύο και τέσσερα εκατομμύρια χρόνια, αντίστοιχα.

Δύο μεγαλύτερα σκάφη, τα Voyager 1 και 2 εκτοξεύθηκαν το 1977 και συγκέντρωσαν πλούσιες πληροφορίες για τους γίγαντες πλανήτες και τους δορυφόρους τους. Στη διάρκεια της δεκαετίας του ’90 οι αστροφυσικοί έκριναν ότι τα σκάφη μπορούσαν να ταξιδέψουν πιο μακριά και το πρόγραμμα παρατάθηκε. Το 2013 το Voyager 1 βγήκε από την Ηλιόσφαιρα, δηλαδή την περιοχή μαγνητικής επιρροής του Ηλίου και συνεχίζει πλέον στο εξωτερικό διάστημα που περιέχει αραιό αέριο και σκόνη. Θα εκπέμπει περίπου μέχρι το 2025, οπότε η πηγή ενέργειάς του θα εξαντληθεί, ενώ εκτιμάται ότι δεν θα προσεγγίσει άλλο αστέρι του Γαλαξία πριν από 40.000 χρόνια. Το Voyager 2 θα βγει στο εξωτερικό διάστημα σε λίγα χρόνια και αναμένεται να στείλει περισσότερα στοιχεία, δεδομένου ότι τα όργανά του είναι σε καλύτερη κατάσταση. Μετά από 296.000 χρόνια υπολογίζεται ότι θα πλησιάσει τον Σείριο. Τα δύο σκάφη φέρουν από ένα επίχρυσο χάλκινο αναλογικό δίσκο με πληροφορίες για τον κόσμο της Γης, που δείχνουν την ποικιλία ζωής και κουλτούρας. Περιλαμβάνονται χαιρετισμοί σε 55 γλώσσες, μεταξύ αυτών και αρχαία ελληνικά, 115 εικόνες και ποικιλία φυσικών ήχων, μια συλλογή 90 λεπτών μουσικής με Μπαχ, Μότσαρτ, Μπετόβεν, τζαζ, μοντέρνα και έθνικ, καθώς και πληροφορίες, σε συμβολική γλώσσα, για την προέλευση του σκάφους και τον τρόπο χρήσης του δίσκου.

Είναι η πρώτη φορά στην ανθρώπινη ιστορία που τεχνητά αντικείμενα εγκαταλείπουν το Ηλιακό Σύστημα προς το διαστρικό κενό. Πιθανώς, τα Pioneer και τα Voyager θα περιφέρονται εντός του Γαλαξία επί απροσδιόριστο χρόνο. Εάν υπάρχουν αλλού νοήμονα όντα, κάποτε θα εντοπίσουν κάποιον από τους μεταλλικούς ταξιδιώτες και θα αποκρυπτογραφήσουν τις πληροφορίες που μεταφέρει. Είναι άγνωστο βέβαια αν εκείνη την εποχή θα υπάρχουν ακόμα ο άνθρωπος και ο πολιτισμός του, ή μπορεί πάλι η επαφή και η ανάπτυξη σχέσεων της Γης με άλλους πολιτισμούς να έχει γίνει κοινός τόπος, οπότε οι επίχρυσοι δίσκοι θα έχουν μόνον αρχαιολογική αξία.

Η ευθύνη προφύλαξης του διαστημικού περιβάλλοντος

Το διάστημα γύρω από την Γη περιέχει ήδη εκατομμύρια απομεινάρια τεχνητών δορυφόρων και άλλα ανθρωπογενή διαστημικά σκουπίδια. Η διαστημική ρύπανση μπορεί να περιορισθεί με κατάλληλη μέριμνα, αλλά σε ένα βαθμό είναι αναπόφευκτη, εφόσον ο άνθρωπος στέλνει αντικείμενα εκτός του πλανήτη. Μείζων κίνδυνος ωστόσο θεωρείται η βιολογική ρύπανση, δηλαδή η μετανάστευση ανεξέλεγκτων μορφών ζωής από την Γη σε πλανήτες, όπου θα μπορούν να αναπτυχθούν και να απειλήσουν, ως ξένα είδη, την ενδεχόμενη ιθαγενή ζωή που υπάρχει εκεί. Ο κίνδυνος θεωρήθηκε σημαντικός σε περίπτωση που τα σκάφη Rosetta και Cassini συνέχιζαν να περιφέρονται ανεξέλεγκτα μέσα στο Ηλιακό Σύστημα. Η πιθανότητα να έχουν επιβιώσει γήινα μικρόβια σε μη επανδρωμένο διαστημικό σκάφος μετά από ένα μακρινό ταξίδι είναι εξαιρετικά μικρή, αλλά υπαρκτή. Μερικές μορφές γήινης ζωής, μικροβιακές ή άλλες, είναι απίστευτα ανθεκτικές, όπως διαπιστώθηκε σε πρόσφατα πειράματα στον διαστημικό σταθμό, όπου μικροσκοπικές γαρίδες εκτέθηκαν στο διαστημικό κενό επί μήνες και μετά αναζωογονήθηκαν μόλις βρέθηκαν μέσα σε νερό. Ο κίνδυνος βιολογικής ρύπανσης είναι σημαντικότερος σε δορυφόρους του Κρόνου όπως ο Εγκέλαδος και του Δία όπως η Ευρώπη, όπου η πιθανή παρουσία νερού σε υγρή μορφή αφήνει ανοικτή την δυνατότητα ζωής με γήινη μορφή.

Η ηθική της ευθύνης του ανθρώπου επέβαλε προφυλάξεις, ώστε να αποκλεισθεί η επαφή των σκαφών με τους υπόγειους ωκεανούς. Γι’ αυτό ελήφθη η απόφαση καταστροφής της Rosetta μέσω σύγκρουσης με τον κομήτη, όπως και εξαέρωσης του Cassini στην ατμόσφαιρα του Κρόνου. Τα αποθέματα καυσίμων είχαν εξαντληθεί και κρίθηκε ότι δεν έπρεπε να ταξιδεύουν τα σκάφη εκτός ελέγχου, με κίνδυνο να φθάσουν κάποτε σε ένα από τους ευαίσθητους δορυφόρους.

Για να μάθετε περισσότερα:

Τεύχος με 20 άρθρα (2017). Spécial Planètes, La Recherche Hors-Série, 23, pp 5-96.

https://saturn.jpl.nasa.gov/the-journey/timeline/

https://voyager.jpl.nasa.gov/

http://www.news.com.au/technology/science/space/astronomers-just-found-the-first-interstellar-object-from-beyond-our-solar-system/news-story/01471d1542f30509f701eeb65555d2eb

Η Δυναμική της Α λυκείου. Θέματα λυμένα- Θέματα προς λύση

Η Δυναμική της Α λυκείου. Μια πλήρης σειρά θεμάτων στη δυναμική του υλικού σημείου σε μια και δυο διαστάσεις. Θέματα όλων των ειδών λυμένα, αλλά και θέματα προς λύση με τις απαντήσεις τους.  

ΕΔΩ ΤΟ LINK στο DRIVE

ΘΕΜΑΤΑ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ 2002-2017 ΑΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΚΑΙ ΕΙΔΟΣ

Τα θέματα των Πανελλαδικών Εξετάσεων ανά κεφάλαιο και είδος. 

ΕΔΩ τo LINK

Α ΛΥΚΕΙΟΥ Ευθύγραμμες Κινήσεις

Πολλά Α, Β, Γ, Δ, ΘΈΜΑΤΑ λυμένα ή προς λύση από τη Φυσική της Α λυκείου, στις ευθύγραμμες κινήσεις

ΕΔΩ το LINK 
Και LINK στο Drive

ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ 2017- ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟς ΛΥΣΗ

Μια πλήρης σειρά Α,Β,Γ,Δ θεμάτων στις μηχανικές ταλαντώσεις για τους φίλους μαθητές της Γ Λυκείου και διδάσκοντες καθηγητές

ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ 2017- ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟς ΛΥΣΗ

ΕΔΩ ΤΟ LINK σε Drobox και εδώ στο Drive

Τα λυμένα θέματα στις μηχανικές ταλαντώσεις
  ΕΔΩ σε Drobox  και εδώ στο Drive

Επαναληπτικό διαγωνισμα 2017-18 στις Κρούσεις και Ταλαντώσεις

Ένα επαναληπτικό διαγώνισμα που συνδιάζει τις κρούσεις και όλες τις ταλαντώσεις αυξημένου πάντα βαθμού δυσκολίας για μια καλή επανάληψη για όσες και όσους έχουν ήδη ολοκληρώσει τα δύο αυτά κεφάλαια


Link στο Drobox

Link στο DRIVE