Projekti / Programi
Astrofizika in meteorološki pojavi na mezoskali
01. januar 2004
- 31. december 2008
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P520 |
Naravoslovno-matematične vede |
Astronomija, vesoljske raziskave, kozmokemija |
(1) astronomija in astrofizika, (2) meteorologija, (3) splošna teorija relativnosti, (4) astronomska spektroskopija, (5) astronomski teleskopi in spektrografi, (6) merjenje razdalj in časa v vesolju in vplivi gravitacije na makroskopskih razdaljah, (7) ekzaktno merjenje časa, (8) fizika dvojnih zvezd, (9) kozmokemija zvezdnih atmosfer in medzvezdnega prostora, (10) misija GAIA Evropske vesoljske agencije, (11) spektroskopski pregled neba RAVE, (12) nastanek in sestava naše Galaksije, (13) fizika aktivnih galaktičnih jeder, (14) opazovanje bližnje okolice črnih lukenj in nevtronskih zvezd, (15) mezometeorološko numerično modeliranje, (16) verifikacija modelskih polj, (17) intenzivni padavinski procesi, (18) kanaliziranje vetra, (19) izjemni meteorološki dogodki, (20) klimatske spremembe
Raziskovalci (17)
Organizacije (1)
Povzetek
Vsebinski sklopi so zastavljeni dovolj na široko, da ustrezno podpirajo paleto do- in po-diplomskih predmetov s področij astrofizike, meteorologije in analitične mehanike, za katere so odgovorni posamezni člani skupine. Taka širina je nujna, ker je to edina raziskovalna skupina teh ved. Specifični cilji so naslednji:
(1) Nadaljevanje sodelovanja skupine v pripravah na misijo GAIA Evropske vesoljske agencije (ESA). To je ključna misija ESA (Cornerstone 6), ki bo izmerila položaj, razdaljo, vse tri komponente vektorja hitrosti in fizikalne parametre za preko milijardo zvezd naše Galaksije. To bo omogočilo pojasniti nastanek Galaksije, vlogo galaktičnega kanibalizma pri tem, ter doslej najnatančnejšo opredelitev razporeditve nevidne snovi, ki predstavlja večino mase v vesolju. Sodelujemo pri optimizaciji referenčnih parametrov spektrografa in fotometričnega sistema.
(2) Skupina je ustanovni član kolaboracije RAdial Velocity Experiment (RAVE), v kateri sodeluje 11 držav in ki bo z avstralskim UK Schmidt teleskopom v naslednjih letih posnela spektre stotisoč zvezd, določila njihovo radialno hitrost in fizikalne parametre njihovih atmosfer. Ta največji nabor spektrov doslej bo omogočil doslej najpopolnejši pregled naše Galaksije.
(3)Razvili bomo tehnike za analizo fizikalnih parametrov za (i) spektroskopska opazovanja zvezd, ki smo jih že in jih še bomo pridobili na teleskopih v Asiagu,TNG na Kanarskih otokih, ESO-MPI v Čilu in drugod; (ii) kemijsko analizo podatkov kolaboracije RAVE, (iii) določitev fizikalnih parametrov dvojnih zvezd, zlasti kemične sestave in hitrosti rotacije, ki ju drugače ni mogoče določiti.
(4)Osvojili smo tehniko fizikalnega modeliranja dvojnih zvezd in razvijamo obsežen računalniški program, ki omogoča avtomatizacijo postopkov modeliranja tako za misiji GAIA in RAVE kot za opazovanja posebej zanimivih dvojnih zvezd, ki smo jih v zadnjih 3 letih v skupaj 65 nočeh spektroskopsko opazovali na observatoriju v Asiagu.
(5)Nadaljevali bomo že doslej odmevno modeliranje poti svetlobe v gravitacijskem polju ćrnih lukenj. To bo omogočilo hitro interpretacijo opazovanj okolic črnih lukenj, zlasti z rentgenskimi teleskopi, kot je observatorij Chandra. Ker sodelujemo pri razvoju tehnike odkrivanja odmevov izbruhov žarkov gama z Liverpoolskim teleskopom, pričakujemo, da bomo sodelovali pri odkrivanju in interpretaciji znatnega števila takih dogodkov v naslednjih petih letih.
(6) Analizirali bomo kinematiko in porazdelitev snovi v ostankih supernov. Meglica Rakovica je izhodišče in najbolj znan tovrsten objekt.
(7)Mezometeorološko modeliranje: Z rednimi meritvami in z merilnimi kampanjami v naravi dobimo osnovna spoznanja o dogajanjih, vendar je v ozračju nemogoče izvajati nadzorovane poizkuse. Izpopolnili bomo obstoječa mezometeorološka modela (ALADIN in MM5) za simulacije v nehidrostatičnih skalah. Upoštevali bomo vpliv antropogenih vzrokov na spremembe klime in na vreme, ki lokalno in globalno vplivajo na kemijsko sestavo ozračja, ta pa vpliva na intenziteto fizikalnih pojavov. Modelirali bomo vpliv podlage na ozračje v razgibanem reliefu, tako na zračni tok kot na padavine. Upoštevali bomo obliko topografije, posebej konkavne oblike, ker je v njih oviran transport in disperzija polutantov v zraku, tako da so lokalno koncentracije onesnaženja lahko povečane, hkrati pa se onesnaženje vključuje v energetsko bilanco ozračja.
(8)Ugotavljanje skladnosti med napovedanimi polji in izmerjenim stanjem meteoroloških podatkov. Z izkoriščanjem podatkovne baze MAP in TRMM (glej naše sodelovanje v projektu VOLTAIRE) bomo ugotavljali kvantitativno skladnost, ker sta obe vrsti polj močno variabilni in vsako posebej obremenjeni z napakami. Izkoriščali bomo najsodobnejše satelitske meritve padavin in prispevali k začetku uporabe tehnologije GPM v Evropi.
(9) Izjemni dogodki v ozračju, pri nas so to predvsem intenzivne padavine, vetrovi in suša so neposredni vzroki za naravne nesreče.
Pomen za razvoj znanosti
S sodelovanjem in deloma vodenjem velikih astrofizikalnih kolaboracij (RAVE, SDSS, skupina za opazovanje GRBjev v Liverpoolu) prispevamo v svetovno zakladnico znanja skozi objave v najuglednejših revijah, vključno s Science in Nature. Hkrati raziskujemo strukturo, sestavo in razvoj naše Galaksije kot tipične galaksije v vesolju in s tem skušamo odgovoriti na fundametalna vprašanja o našem izvoru. Razumevanje vesolja kot celote je kljub izjemnemu napredku v zadnjih nekaj letih še zmerom zelo pomembno odprto znanstveno vprašanje. Kajti kljub razvoju modernih pospeševalnikov, kot je npr. LHC, so nekateri aspekti fundamentalne fizike še zmeraj dosegljivi zgolj preko kozmoloških meritev. Tipičen primer je temna energija, ki je po vsej verjetnosti energija vakuma, ki je za rede velikosti prešibka za neposredno meritev in teorija zgodnjega vesolja, ki preko omejitve inflacijskih modelov ponuja vpogled v energijske režime, ki so povsem nedostopni običajnim eksperimentom. GRB-ji so ena najbolj vročih tem današnje astrofizike. Njihovo razumevanje je za astrofiziko pomembno v okviru evolucije zvezd, ki pripelje do takšnih katastrofalnih dogodkov, študija okolja v drugih galaksijah (lastnosti plina in prahu v galaksijah) pa vse do študija zgodnjih galaksij in zgodnjega vesolja, saj nam GRB-ji zaradi svoje izjemne moči (podobno kot kvazarji) služijo kot edinstvene kozmološke "sonde" ki "osvetlijo" sicer šibke oddaljene galaksije (trenutni rekorder med GRBji ima rdeči premik z=6.3). GRBji so za širšo fiziko pomembni v okviru študija fizike relativističnih udarnih valov, kot vir kozmičnih delcev, nevtrinov, fotonov TeV energije ter za potencialno detekcijo gravitacijskih valov, ki nastanejo pri kolapsu zvezde oz. zlitju v črno luknjo. Študij klimatskih sprememb je osnova za njihovo obvladovanje in prilagajanje spremenjenim razmeram. Tudi globalna slika teh procesov temelji na razumevanju lokalnih razmer. Podobno velja za razvoj inovativnih numeričnih shem. Celostno obnašanje sistema je pogosto prezapleteno, zato se zopet velja učiti na regionalno omejenih modelih. Meteorološki parametri vplivajo tudi na vrsto fizikalnih in kemičnih procesov povezanih s širjenjem polutantov. Kljub močno prisotnemu onesnaženju z ozonom in aerosoli v Sloveniji vemo le malo o vplivih njegovega transporta in lokalnih virih ter o vplivih meteoroloških in kemičnih procesov nanj.
Pomen za razvoj Slovenije
Astronomija, astrofizika, kozmologija in meteorologija so v vrhu po zanimanju splošne javnosti za naravoslovje. Iz teh področij je tudi večina popularnih naravoslovnih novic. Teme iz teh področij mlade spodbujajo za študij fizike in naravoslovja nasploh (kot povedo npr. številni kasnejši zdravniki). Tako bo tudi v prihodnje. V letu 2009 bomo imeli vodilno vlogo pri organiziranju in izvedbi raznih aktivnosti ob mednarodnem letu astronomije (kot je bilo leto fizike pred 3 leti). Program je osnova za vse univerzitetno izobraževanje v teh strokah v Sloveniji, ter pri izobraževanju učiteljev fizike na vseh nivojih, pa tudi geografov, letalcev, itd. Veščine sodelavcev programa se neposredno prenašajo v gospodarstvo in državno upravo, kot razlagamo drugje. Posebej velja omeniti vizualizacijo in numerično manipulacijo velikih količin podatkov ter razvoj numeričnih metod, ki omogočajo neposredne aplikacije. Še posebej izpostavljamo našo ekspertizo v programiranju paralelne kode, tako za več-jedrne procesorje kot tudi za računalniške gruče. Z razvojem večjedrnih procesorjev in prenehanjem rasti procesorskih taktov postajajo te tehnike še posebej pomembne. Tako meteorologija kot astronomija sta družbeno angažirani vedi v smislu varstva okolja. Pri slednji poudarimo, da smo sodelavci na programu zaslužni za nedavni sprejem državne Uredbe o varstvu pred svetlobnim onesnaženjem. Problem klimatskih sprememb je visoko na lestvici družbenih prioritet. Poleg regulacije (EU akcija o ciljnih emisijah toplogrednih plinov) je tu prilagajanje (odločitev evropske komisije iz februarja 2007), ki mora biti pomemben del odgovora družbe na spremembe. Rezultati lokalnih klimatskih modelov so pogosto še nejasni. Posebej v majhnih in klimatološko heterogenih državah kot je Slovenija so negotovosti modela pogosto večje od velikosti pričakovanih sprememb. Potreba po nadaljnem znanstvenem napredku razumevanja posameznih dejavnikov je zato več kot razumljiva. Slovenija postaja polnopravni član EUMETSATa in članica Evropske vesoljske agencije, torej moramo razvijati lokalno znanje na področju satelitskih tehnologij. Tu je pomemben delež meteorologije kot uporabnice satelitskih podatkov. Mednarodne obveznosti na področju okolja, ki sledijo iz več EU direktiv (OJ L 309), direktive, ki jo je dopolnila evropska komisija (OJ L 363) in iz zadnjih odločitev Evropskega parlamenta (2005/0183 (COD), PE-CONS 3696/07, ENV 709,…), zahtevajo večjo odgovornost članic pri sporočanju prekomernih koncentracij posameznih polutantov, kot jih določa evropska zakonodaja. Teoretični del raziskav povezanih z ozonom izvaja naša skupina – tu predvsem poudarjamo domače vire ozona, njegovega prenosa iz tujine in obravnavo stanj visoke koncentracije ob specifičnih meteoroloških pogojih.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
