Laboratoryjne metody symulacji zjawisk i materii w przestrzeni kosmicznej

stacjonarne

I stopnia

wybieralny

W 16/+, C 6/+, L 8/+,

Matematyka 1-3; Fizyka 1,2

Matematyka 1-3; Fizyka 1,2

V semestr / Inżynieria kosmiczna i satelitarna / wszystkie specjalności

Andrzej Bartnik

Aktywność / obciążenie studenta w godz. (wg. arkusza Bilans ECTS)

1. Udział w wykładach / 16

2. Udział w ćwiczeniach audytoryjnych / 6

3. Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych / 8

4. Udział w ćwiczeniach projektowych / 0

5. Udział w seminariach / 0

6. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 16

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń audytoryjnych / 0

8. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych / 16

9. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń projektowych / 0

10. Samodzielne przygotowanie do seminarium / 0

11. Udział w konsultacjach / 10

12. Przygotowanie do egzaminu / 0

13. Przygotowanie do zaliczenia / 16

14. Udział w egzaminie / 0

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 88 godz. / 3 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+5+11+14): 40 godz. / 1 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową (1÷10): 62 godz. / 2 ECTS

Tematyka zajęć będzie dotyczyła wspierania badań przestrzeni kosmicznej i zachodzących tam procesów poprzez wykorzystanie eksperymentalnych możliwości symulacji takich procesów w warunkach laboratoryjnych. Dotyczy to różnych metod wytwarzania plazmy o parametrach odpowiadających pewnym rodzajom plazmy występującej w przestrzeni kosmicznej, zgodnie z prawami skalowania zjawisk i analizy wymiarowej, a także stanów materii o ekstremalnych parametrach odpowiadających warunkom panującym we wnętrzach planet. Przedstawione zostaną też możliwości symulacji zjawisk w górnych warstwach atmosfer planetarnych oraz w obszarach pyłowych poddawanych promieniowaniu jonizującemu gwiazd. Przedstawione zostaną stosowane do tych celów układy eksperymentalne oraz metody pomiarowe a także możliwości testowania materiałów i urządzeń pomiarowych wysyłanych w przestrzeń kosmiczną oraz możliwości eksperymentalnej weryfikacji stosowanych metod.

Wykład / Wykład informacyjny. Praca z książką i internetem.

1. Dżety kosmiczne

Przedstawiona zostanie informacja o dżetach formowanych w centrach galaktyk oraz gwiazdach otoczonych dyskami materii. Omówione zostaną prawa skalowania umożliwiające symulacje eksperymentalne dżetów kosmicznych w laboratorium. Przedstawione zostaną zjawiska fizyczne prowadzące do formowania dżetów. Omówione zostaną układy eksperymentalne i wyniki badań dżetów w warunkach laboratoryjnych.

2. Wybuchy supernowych

Przedstawiona zostanie informacja o eksplozjach gwiazd i ewolucji pozostałości po wybuchach supernowych. Omówione zostaną prawa

Wykład / Wykład informacyjny. Praca z książką i internetem.

1. Dżety kosmiczne

Przedstawiona zostanie informacja o dżetach formowanych w centrach galaktyk oraz gwiazdach otoczonych dyskami materii. Omówione zostaną prawa skalowania umożliwiające symulacje eksperymentalne dżetów kosmicznych w laboratorium. Przedstawione zostaną zjawiska fizyczne prowadzące do formowania dżetów. Omówione zostaną układy eksperymentalne i wyniki badań dżetów w warunkach laboratoryjnych.

2. Wybuchy supernowych

Przedstawiona zostanie informacja o eksplozjach gwiazd i ewolucji pozostałości po wybuchach supernowych. Omówione zostaną prawa skalowania umożliwiające symulacje eksperymentalne pozostałości po wybuchach supernowych w laboratorium. Przedstawione zostaną zjawiska fizyczne związane z ekspansją i rozwojem niestabilności na granicy ekspandującej materii i otaczającego gazu. Omówione zostaną układy eksperymentalne i wyniki badań pozostałości po wybuchach supernowych w warunkach laboratoryjnych.

3. Materia wewnątrz gazowych olbrzymów

Przedstawiona zostanie informacja o ekstremalnych warunkach panujących wewnątrz planet olbrzymów. Omówione zostaną hipotetyczne stany materii obecnej wewnątrz tego typu planet. Omówione zostaną układy eksperymentalne i wyniki badań wodoru i amoniaku metalicznego, wody w stanie superjonowym, formowania diamentów w warunkach ekstremalnie wysokich ciśnień.

4. Wejście w atmosferę obiektów z wielkimi prędkościami

Przedstawione zostaną warunki związane z wejściem meteorytów oraz pojazdów kosmicznych w atmosferę, powstawaniem plazmy i ablacji materii. Omówione zostaną układy eksperymentalne i wyniki badań oddziaływania plazmy z próbkami różnego typu materiałów, w tym fragmentów meteorytów.

5. Powstawanie złożonych związków organicznych na exoplanetach

Przedstawione zostaną warunki panujące w pierwotnej atmosferze ziemskiej i atmosferach exoplanet. Przedstawione zostaną hipotetyczne sekwencje procesów molekularnych prowadzących do powstawania złożonych związków organicznych a w konsekwencji nukleotydów stanowiących podstawowe składniki kwasów nukleinowych. Omówione zostaną układy eksperymentalne i wyniki laboratoryjnych symulacji tego typu procesów.

6. Plazma fotojonizacyjna

Przedstawiona zostanie informacja o ewolucji gwiazdowych układów podwójnych, gdzie jedna z gwiazd jest tzw. gwiazdą kompaktową (biały karzeł, gwiazda neutronowa, czarna dziura), na którą opada materia z drugiej gwiazdy tworząc tzw. dysk akrecyjny. W warunkach takich następuje silna emisja promieniowania rentgenowskiego jonizującego otaczającą materię. Omówione zostaną warunki prowadzące do wytworzenia plazmy fotojonizacyjnej, kryteria jej powstawania oraz systemy eksperymentalne zapewniające realizację takich warunków w laboratorium. Przedstawione zostaną wyniki badań i odpowiadających im symulacji numerycznych rejestrowanych rozkładów widmowych.

7. Lodowe pyły przestrzeni międzygwiezdnej

Omówione zostanie występowanie i skład pyłów lodowych w przestrzeni międzygwiezdnej, ich skład oraz indukowane promieniowaniem jonizującym procesy molekularne prowadzące do powstawania złożonych związków organicznych. Omówione zostaną układy eksperymentalne umożliwiające laboratoryjne symulacje tego typu procesów oraz wyniki prowadzonych badań.

Laboratoria / Ćwiczenia laboratoryjne z wykorzystaniem komputera

1. Plazma indukowana promieniowaniem jonizującym

Zapoznanie z układem eksperymentalnym do badań plazmy indukowanej promieniowaniem jonizującym. Pomiar widma emisyjnego plazmy w zakresie optycznym.

2. Oddziaływanie plazmy laserowej na materiały

Przygotowanie układu do badań odporności materiałów na działanie plazmy. Wykonanie ekspozycji próbek różnych materiałów na plazmę laserową. Obserwacje mikroskopowe próbek materiałów po ekspozycji.

1. HIGH ENERGY DENSITY LABORATORY ASTROPHYSICS, Ed. by: G.A. KYRALA, Springer 2005

2. Laboratory Astrophysics, G.M. Munoz Caro, R. Escribano Editors, Springer 2018

Uzupełniająca:

1. LABORATORY ASTROPHYSICS AND SPACE RESEARCH, Ed. by: P. EHRENFREUND, C.KRAFFT, H.KOCHAN, V. PIRRONELLO, Springer 1999

W1 / Znajomość podstawowych metod eksperymentalnych stosowanych do symulacji zjawisk w przestrzeni kosmicznej / K_W02

W2 / Znajomość podstawowych metod pomiarowych stosowanych w astrofizyce i astrochemii laboratoryjnej / K_W02, K_W20

W3 / Znajomość ekstremalnych zjawisk astrofizycznych i stanów materii możliwych do zasymulowania w warunkach laboratoryjnych / K_W02

U1 / Umiejętność wyszukiwania informacji dotyczących ekstremalnych zjawisk astrofizycznych i stanów materii / K_U01

U2 / Umiejętność wyszukiwania informacji odnośnie metod pomiarowych stosowanych w astrofizyce i astrochemii laboratoryjnej / K_U01

U3 / Umiejętność oceny potencjalnych skutków oddziaływania plazmy powstającej przy wejściu w atmosferę obiektów o prędkościach orbitalnych / K_U01, K_U20, K_U23

K1 / Świadomość konieczności ciągłego śledzenia informacji dotyczących nowych metod pomiarowych / K_K01

K2 / Świadomość ograniczeń stosowanych metod symulacji eksperymentalnej zjawisk w przestrzeni kosmicznej / K_K01

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: zaliczenia na ocenę

Ćwiczenia zaliczane są na podstawie: zaliczenia (zal/nzal)

Ćwiczenia laboratoryjne zaliczane są na podstawie: zaliczenia (zal/nzal)

Zaliczenie przedmiotu jest prowadzone w formie pisemnej, w szczególnych wypadkach uwzględnia się dodatkową część ustną;

Warunkiem dopuszczenia do zaliczenia przedmiotu jest zaliczenie ćwiczeń i ćwiczeń laboratoryjnych.

efekty W: sprawdzane są podczas zaliczenia pisemnego przedmiotu;

efekty U: sprawdzane są podczas ćwiczeń i ćwiczeń laboratoryjnych;

efekty K: sprawdzane są podczas zaliczenia pisemnego przedmiotu;

Oceny osiągnięcia zakładanych efektów:

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student który osiągnął zakładane efekty kształcenia na poziomie 91-100%.

Ocenę dobrą plus otrzymuje student który osiągnął zakładane efekty kształcenia na poziomie 81-90%.

Ocenę dobrą otrzymuje student, który osiągnął zakładane efekty kształcenia na poziomie 71-80%.

Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który osiągnął zakładane efekty kształcenia na poziomie 61-70%.

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który osiągnął zakładane efekty kształcenia na poziomie 51-60%.

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który osiągnął zakładane efekty kształcenia na poziomie równym lub niższym niż 50%.

Ocenę uogólnioną zal. otrzymuje student, który osiągnął zakładane efekty kształcenia na poziomie wyższym niż 50%.

Ocenę uogólnioną nzal. otrzymuje student, który osiągnął zakładane efekty kształcenia na poziomie równym lub niższym niż 50%.