클라우드 실험

CLOUD experiment
이 기사는 CERN 실험에 관한 것이다. 기상학의 구름에 대해서는 클라우드를 참조하십시오. 다른 용도는 클라우드(동음이의)를 참조하십시오.

CERN에서 재스퍼 커크비가 이끄는 연구진이 제어된 조건에서 은하 우주선(GCR)과 에어로졸 사이의 마이크 물리학을 조사하기 위해 운영하고 있는 실험이다.[1] 당초 2000년 제안됐지만 2009년 11월 가동을 시작한 고정 대상 실험이다.[2][3]

1차 목표는 에어로졸과 구름에 미치는 은하 우주선(GCR)의 영향과 기후에 미치는 영향을 파악하는 것이다. 그것의 디자인은 우주 광선이 구름 입자를 핵화할 가능성을 다루기 위해 최적화되었지만, (예를 들어, Henrik Svenscark와 동료들에[4] 의해 제기되는 것처럼) CLOW는 통제된 실험실 조건에서 에어로졸 핵화와 성장을 측정할 수 있다. 대기 중 에어로졸과 구름에 대한 영향은 현재 복사 강제력과 기후 모델의 불확실성의 주요 원인으로 IPCC에 의해 인식되는데, 이는 구름 커버의 증가로 지구 온난화가 감소하기 때문이다.

세우다

실험의 핵심은 액체 질소와 액체 산소로 만든 합성 공기로 채워진 26m³의 스테인리스 스틸 챔버다. 챔버의 대기와 압력은 다양한 계측에 의해 측정되고 조절되고 있다. 에어로졸 챔버는 다양한 고도 또는 위도에서 GCR을 시뮬레이션하는 조정 가능한 입자 빔에 노출될 수 있다. UV 조명은 광학 반응을 가능하게 한다. 챔버에는 작은 이온과 충전된 에어로졸의 표류를 제어하기 위한 전기장 케이지가 들어 있다.[1] 우주선에 의해 생성되는 이온화는 강한 전기장으로 제거할 수 있다. 이외에도 실내의 습도와 온도를 조절할 수 있어 인공운반(복합운반실)을 위한 빠른 단열팽창이나 얼음마이크물리학 실험 등이 가능하다. 커크비에 따르면 "실험실 실험에서의 청결도와 제어 수준은 현재 기술의 한계에 있으며 CERN 노하우는 클라우드(CLOWN)가 이 성능을 달성한 첫 번째 실험이 되는 데 결정적이었다"고 한다.[5]

결과.

CERN은 클라우드 프로젝트에 대한 2009년 진행 보고서를 게시했다.[6] J. Kirkby(2009)는 CERN 클라우드 프로젝트의 개발 및 계획된 테스트를 검토한다. 그는 활기차게 보이며 GCR에 의존하는 구름 핵 메커니즘을 설명한다.[7][8]

2011년 8월 24일 네이처지에 발표된 예비 연구 결과 우주선과 에어로졸 핵 사이에 연관성이 있는 것으로 나타났다. 커크비는 이어 CERN 보도자료에서 "이온 강화는 특히 중류권 이상의 차가운 온도에서 두드러진다. 여기서 클라우드에서는 황산과 수증기가 추가적인 증기의 필요 없이 핵화될 수 있다는 것을 발견했다.[9]

첫 번째 클라우드 실험에서는 황산(석유연료가 주원인 이산화황에서 파생됨)이 추정되었던 것보다 훨씬 적은 영향을 미친다는 것을 보여주었다. 2014년에 클라우드 연구진은 산화 생물 유발 증기(예: 나무에서 방출되는 알파 피넨)와 황산 사이의 상호작용을 보여주는 새로운 실험 결과를 발표했다. 은하 우주선에 의해 대기 중에 생성되는 이온은 황산과 산화 유기 증기의 농도가 상당히 낮을 경우 이러한 입자의 형성률을 크게 향상시킨다. 이 새로운 과정은 북반구 여름의 높은 전세계 나무 배출량과 관련이 있는 대기 중 에어로졸 입자의 계절적 변화를 설명할 수 있다.[5]

또 다른 종류의 미량 증기인 식물에 의해 생성되는 생물 유발 증기 외에도 아민은 대기 중에 새로운 에어로졸 입자를 생성하기 위해 황산과 함께 군집하는 것으로 클라우드(Cloud)에 의해 보여졌다. 이것들은 동물의 목축과 같은 주요 근원에서 발견되는 반면 알파 피넨은 일반적으로 땅덩어리 위에서 발견된다. 실험 결과 저농도에서 황산과 산화 유기증기가 적절한 입자핵률을 재생산하는 것으로 나타났다. 글로벌 에어로졸 모델에 사용되는 핵화 메커니즘은 광화학적으로 생물학적으로 추진되는 입자 농도와 구름 형성의 계절적 주기를 관측치와 잘 일치시켜 산출한다. 지금까지 클라우드에서는 황산과 생물 유발 에어로졸을 포함하는 낮은 대기에서 많은 양의 구름 씨앗을 설명할 수 있다.[10] 클라우드 연구자들은 우주 광선이 황산-아민 입자 형성에 거의 영향을 미치지 않는다는 점에 주목한다: "이온에 의한 기여는 일반적으로 작으며, 이는 황산-디메틸아민 성단의 높은 안정성을 반영하고 은하 우주 광선이 그 형성에 적은 영향만 미친다는 것을 나타낸다. 전체적인 형성률."[11] CERN 보도자료에 따르면 기후에서 우주선이 "우주 방사선의 역할을 배제하지 않는다"고 되어 있지만, 이 결과는 우주 광선이 기후에 상당한 영향을 미친다는 가설을 뒷받침하지 않는다.[12]

Dunne 외 연구진(2016년)은 CERN에서 수행한 클라우드 실험에서 얻은 10년간의 주요 결과를 제시했다. 그들은 에어로졸 형성의 물리 화학 메커니즘과 운동학을 자세히 연구했다. 클라우드 실험에서 재현된 수증기에서 나오는 물방울/얼음 마이크로크리스탈의 핵화 과정과 지구 대기에 직접 관측된 것은 우주선에 의한 이온 형성은 물론 인간 활성화에 의해 공기 중에 방출되는 황산, 암모니아, 유기 화합물과의 다양한 복잡한 화학반응을 수반한다.ies와 육지나 바다에 사는 유기체들에 의해.[13] 그들은 지구 대기의 성분과 우주선의 상호작용 때문에 구름핵의 일부분이 이온화에 의해 효과적으로 생성된다고 관찰하지만, 이 과정은 현재의 모든 기후변화를 태양활동의 변화에 의해 조절된 우주선 강도의 변동에 기인하기에는 불충분하다.지구 자기권.

참조

  1. ^ a b 클라우드 공식 웹 사이트
  2. ^ 클라우드 실험을 통해 클라우드 형성에 대한 전례 없는 통찰력 제공, CERN
  3. ^ The Cloud Collaboration (2001-04-16). "A study of the link between cosmic rays and clouds with a cloud chamber at the CERN PS". arXiv:physics/0104048.
  4. ^ Svensmark, Henrik; Friis-Christensen, Eigil (1997-07-01). "Variation of cosmic ray flux and global cloud coverage—a missing link in solar-climate relationships". Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 59 (11): 1225–1232. Bibcode:1997JASTP..59.1225S. doi:10.1016/S1364-6826(97)00001-1. ISSN 1364-6826.
  5. ^ a b "CERN experiment sheds new light on cloud formation CERN". home.cern. Dan Noyes. 16 May 2014. Retrieved 2015-12-02.
  6. ^ 2009년 4월 7일, CERN, 제네바, SPS 및 PS 실험 위원회, CERN-SPSC-2010-013, 2010년 4월 7일 PS215/CLOUL Kirkby, Jasper, The Cloud Collaboration, CERN, 제네바, SPSC-2010-013에 대한 진행 보고서
  7. ^ CERN 콜로키움, 2009년 6월 4일 Community Rays and Climate Video Jasper Kirkby, CERN Colorquium, 2009년 6월 4일
  8. ^ CERN 콜로키움, 2009년 6월 4일 우주선 및 기후 프레젠테이션 Jasper Kirkby, CERN 콜로키움
  9. ^ Kirkby, Jasper; Curtius, Joachim; Almeida, João; Dunne, Eimear; Duplissy, Jonathan; Ehrhart, Sebastian; Franchin, Alessandro; Gagné, Stéphanie; Ickes, Luisa; Kürten, Andreas; Kupc, Agnieszka; Metzger, Axel; Riccobono, Francesco; Rondo, Linda; Schobesberger, Siegfried; Tsagkogeorgas, Georgios; Wimmer, Daniela; Amorim, Antonio; Bianchi, Federico; Breitenlechner, Martin; David, André; Dommen, Josef; Downard, Andrew; Ehn, Mikael; Flagan, Richard C.; Haider, Stefan; Hansel, Armin; Hauser, Daniel; Jud, Werner; Junninen, Heikki; Kreissl, Fabian; Kvashin, Alexander; Laaksonen, Ari; Lehtipalo, Katrianne; Lima, Jorge; Lovejoy, Edward R.; Makhmutov, Vladimir; Mathot, Serge; Mikkilä, Jyri; Minginette, Pierre; Mogo, Sandra; Nieminen, Tuomo; Onnela, Antti; Pereira, Paulo; Petäjä, Tuukka; Schnitzhofer, Ralf; Seinfeld, John H.; Sipilä, Mikko; Stozhkov, Yuri; Stratmann, Frank; Tomé, Antonio; Vanhanen, Joonas; Viisanen, Yrjo; Vrtala, Aron; Wagner, Paul E.; Walther, Hansueli; Weingartner, Ernest; Wex, Heike; Winkler, Paul M.; Carslaw, Kenneth S.; Worsnop, Douglas R.; Baltensperger, Urs; Kulmala, Markku (2011-08-25). "Role of sulphuric acid, ammonia and galactic cosmic rays in atmospheric aerosol nucleation" (PDF). Nature. 476 (7361): 429–433. Bibcode:2011Natur.476..429K. doi:10.1038/nature10343. ISSN 0028-0836. PMID 21866156. S2CID 4326159.
  10. ^ Riccobono, Francesco; Schobesberger, Siegfried; Scott, Catherine E.; Dommen, Josef; Ortega, Ismael K.; Rondo, Linda; Almeida, João; Amorim, Antonio; Bianchi, Federico (2014-05-16). "Oxidation products of biogenic emissions contribute to nucleation of atmospheric particles". Science. 344 (6185): 717–721. Bibcode:2014Sci...344..717R. doi:10.1126/science.1243527. ISSN 0036-8075. PMID 24833386. S2CID 206551402.
  11. ^ 알메이다 외 (2013) 대기 중 황산-아민 입자 핵에 대한 분자 이해. 자연, 502:359-363. http://www.readcube.com/articles/10.1038/nature12663에서 확인하십시오.
  12. ^ "CERN's CLOUD experiment shines new light on climate change".
  13. ^ Dunne, E. M.; Gordon, H.; Kurten, A.; Almeida, J.; Duplissy, J.; Williamson, C.; Ortega, I. K.; Pringle, K. J.; Adamov, A.; Baltensperger, U.; Barmet, P.; Benduhn, F.; Bianchi, F.; Breitenlechner, M.; Clarke, A.; Curtius, J.; Dommen, J.; Donahue, N. M.; Ehrhart, S.; Flagan, R. C.; Franchin, A.; Guida, R.; Hakala, J.; Hansel, A.; Heinritzi, M.; Jokinen, T.; Kangasluoma, J.; Kirkby, J.; Kulmala, M.; Kupc, A.; Lawler, M. J.; Lehtipalo, K.; Makhmutov, V.; Mann, G.; Mathot, S.; Merikanto, J.; Miettinen, P.; Nenes, A.; Onnela, A.; Rap, A.; Reddington, C. L. S.; Riccobono, F.; Richards, N. A. D.; Rissanen, M. P.; Rondo, L.; Sarnela, N.; Schobesberger, S.; Sengupta, K.; Simon, M.; Sipila, M.; Smith, J. N.; Stozkhov, Y.; Tome, A.; Trostl, J.; Wagner, P. E.; Wimmer, D.; Winkler, P. M.; Worsnop, D. R.; Carslaw, K. S. (2016-12-02). "Global atmospheric particle formation from CERN CLOUD measurements" (PDF). Science. 354 (6316): 1119–1124. Bibcode:2016Sci...354.1119D. doi:10.1126/science.aaf2649. ISSN 0036-8075. PMID 27789796. S2CID 9426269.

외부 링크