Świat w trzy minuty

Z problemem roku 2000 jest trochę jak z dziurą ozonową – przestał nam zagrażać, bo na czas rozpoczęliśmy prace nad zmianą swoich zwyczajów. I tylko część programów (tak, korzystam z nich) pogubiła się myśląc, że po 31 grudnia 1999 nastąpi 1 stycznia 1900. Dlaczego? Bo dla oszczędności pamięci, programiści zapamiętywali tylko dwie ostatnie cyfry roku.

Na szczęście programiści systemów uniksowych byli mądrzejsi – czas zapisują standardowo nie jako dzień/miesiąc/rok, lecz jakę liczba sekund, które upłynęły od 1 stycznia 1970 roku. Data wygląda znajomo? Tak, czasem gdy coś się wysypie, to niektóre systemy informatyczne uznają, że dziś jest właśnie początek lat 70.

I wszystko byłoby fajnie, tylko tak zdefiniowany czas był zapisywany w zmiennej – czyli miejscu w pamięci – które ma 32 bity długości. Jeden z tych bitów tracimy na odróżnienie liczb dodatnich od ujemnych. Potrzebowaliśmy tego, by zapisywać daty wcześniejsze od 1970 roku.

Największą liczbą, które można w takim miejscu zapisać, jest 2,147,483,647 (2 miliardy 147 milionów 483 tysiące 647). Gdy dodamy do niej jeden, w pamięci komputera znajdzie się liczba oznaczająca późny wieczór 13 grudnia 1901 roku. I na tego typu sytuację natkniemy się w roku 2038.

Problemowi można zaradzić zapamiętując daty w komórce pamięci, która ma 64 bity – tak właśnie robimy projektując nowe systemy i urządzenia. Dwukrotne zwiększenie pamięci wykorzystywanej do zapamiętania czasu przesunie problem na dzień oddalony od nas o jakieś 292 miliardy lat – z obliczeń wynika, że wtedy wszechświat jaki znamy, już nie będzie istnieć.

Kłopot polega na tym, że dziś wciąż mamy mnóstwo działających systemów, w których błąd nie został – i nie zostanie zostanie naprawiony.

32-bitowy zapis daty jest wykorzystywany przez wiele nośników danych, które dziś wykorzystujemy – na przykład do zapisania daty ostatniej modyfikacji pliku. Starsze bazy danych wykorzystują 32-bitowy zapis czasu. Albo niektóre urządzenia z wbudowanymi małymi komputerami – na przykład jakieś sterowniki, routery, kamery WiFi, systemy alarmowe czy niektóre elementy naszych samochodów. Trochę tego nas otacza.

Co się stanie w dniu przekręcenia licznika czasu? Niektóre urządzenia się zawieszą i trzeba będzie je zresetować. Niektóre problem zignorują – bo nie wykorzystują aktualnej daty do niczego. Będzie trochę rzeczy, które przestaną prawidłowo działać – i będziemy się musieli przyzwyczaić do dziwnych wyników ich pracy lub je wymienić na nowsze.

2 miliardy sekund z groszami od 1 stycznia 1970 roku miną w 19 stycznia 2038 roku. Czy 14 lat, które pozostały, to długo? Niekoniecznie – dla przykładu, niecałe 14 lat temu w sieci pojawił się Instagram. Część urządzeń, których dziś używamy, będzie wtedy jeszcze całkiem sprawna.

Co ciekawe, w tym samy roku po raz trzeci będziemy mieli problem z GPSami. Co 1024 tygodnie resetuje się licznik czasu, który jest wykorzystywany przez globalną nawigację. Ostatnia taka sytuacja miała miejsce w 2019 roku, i wtedy posiadacze niezaktualizowanych odbiorników GPS skończyli z nieprawidłowo działającymi urządzeniami. Kolejne przepełnienie licznika daty w GPSach nastąpi w listopadzie 2038 roku – przez czysty przypadek będzie to ten sam rok, w którym wystąpi problem ze starszymi systemami komputerowymi.

Niniejszy odcinek powstał dzięki inspiracji ze strony słuchaczki Julii. Dziękuję!

W trzecim odcinku Świata w trzy minuty opowiadałem o tym, że gwiazdą polarną nie zawsze jest ta związana z Małą Niedźwiedzicą. A czy wiesz, że również igła kompasu nie zawsze pokazuje górę kuli ziemskiej? Dziś o historii potwierdzonej przez niezwykłe drzewo.

Igła kompasu pokazuje północ – tego uczymy na poziomie przedszkola. W szkole dochodzą dodatkowe informacje – na przykład, że północ magnetyczna i geograficzna się nie pokrywają. Biegun magnetyczny jest oddalony od geograficznego o mniej więcej osiemset kilometrów – obecnie jest gdzieś pod wyspą Ellesmere’a, w Kanadzie.

Dlaczego kładę nacisk na słowo obecnie? Bo magnetyczna północ wędruje, obecnie z prędkością 44 kilometrów rocznie. I znów OBECNIE – bo tempo zmiany nie jest stałe, czasem biegun przesuwa się o 14, a czasem o 60 km w ciągu jednego roku.

Co jakiś czas tempo wędrówki biegunów magnetycznych gwałtownie przyspiesza i nawet zdarza się chwilowe odwrócenie biegunowości Ziemi. Chwilowe – oczywiście w rozumieniu geologicznym. Najlepiej zbadane odwrócenie miało miejsce stosunkowo niedawno – 42’000 lat temu i trwało zaskakująco krótko. Najpierw przez około 250 lat bieguny wędrowały, by ustabilizować się w odwróconej formie na 440 lat. Oficjalnie nazywa się to Wydarzeniem Laschampa, ale – w związku z tym, że tysięcy było 42 – spotkacie też nazwę Wydarzenie Adamsa, na cześć twórcy Autostopem przez Galaktykę.

Ale co z tym drzewem? Jednym z biologicznych cudów jest Agatis Nowozelandzki, inaczej nazywany drzewem kauri. Żyją średnio kilkaset lat, i są dość… duże. W 2019 odkryto pozostałości drzewa kauri, które żyło przez 1700 lat – i to dokładnie 42 tysiące lat temu. Douglas Adams pozdrawia.

Dzięki temu odkryciu, naukowcy dostali możliwość dokładnego przebadania organizmu, którego okres życia prawie w całości pokrywał się z okresem ostatniego znanego nam odwrócenia biegunów. Dane te skorelowano z wynikami innych badań, na przykład osadów z dna Morza Czarnego. Dzięki temu wiemy, że w czasie ostatniej zamiany biegunów, moc ziemskiego pola magnetycznego spadała do kilku procent obecnego, przez 400 lat miała poniżej 28% obecnego – i wiemy też, z czym to się wiązało. Mocno wzrósł poziom szkodliwego dla nas promieniowania kosmicznego – gdyby ludzie wtedy żyli i mieli elektronikę, ci co by przeżyli, nie bawiliby się nią szczególnie długo. Zmniejszyła się warstwa ozonowa, to też nie było szczególnie dobre dla żyjących wtedy organizmów. Za to przez 400 lat zorza polarna była widoczna na całej kuli ziemskiej.

Pojawiają się hipotezy, że Wydarzenie Laschampa spowodowało wyginięcie wielu gatunków zwierząt, mogło też doprowadzić do zagłady neandertalczyków. Debata na ten temat nadal trwa, więc nie traktujmy tego jako obowiązującej teorii.

Dodatkowe informacje:

* Ancient kauri trees capture last collapse of Earth’s magnetic field

* Laschamp event (Wikipedia)

* A Hitchhiker’s Guide to an Ancient Geomagnetic Disruption

* 42,000-year-old sub-fossil trees: more accurate analysis of reversal of Earth’s magnetic field

Zdjęcie drzewa kauri: Nelson Parker, źródło: eurekalert.org

Animacja ruchu biegunów: NOAA/NCEI

Czy wiesz, że pod jednym z amerykańskich miast od blisko 60 lat płonie kopalnia? O Centralii oraz Wrotach Piekieł - 85 odcinek podkastu Świat w trzy minuty.

Czy wiesz, że w przeważającej większości wszechświat zbudowany jest z czegoś, czego nie jesteśmy w stanie poczuć, zbadać czy zaobserwować? Co więcej, to coś nie jest gdzieś daleko, tylko nas otacza. Skąd to wiemy? O tym 84 odcinek podkastu Świat w trzy minuty. I po krótkiej przerwie wita was Łukasz Jachowicz.

To po kolei. Mamy ileś tam zmysłów (nie pięć), dodatkowo mamy urządzenia które pomagają nam zbadać świat i odnotować istnienie czegoś, czego nie odczuwamy tymi zmysłami. Więc mamy oczy, teleskopy i radioodbiorniki. Wydaje nam się, że potrafimy w jakiś sposób zaobserwować całą otaczającą nas rzeczywistość. Tymczasem okazuje się, że świat, który znamy nie do końca jest taki, jak nam się wydaje.

Wyobraźmy sobie wirującą galaktykę. Wchodzące w jej skład gwiazdy powinny się oddalić od jej centrum i odfrunąć w przestrzeń – ale trzyma je siła grawitacji zależna od masy tej galaktyki. Więc znając łączną masę wszystkiego, co wchodzi w skład galaktyki możemy obliczyć, jak szybko może wirować bez utraty gwiazd.

Jak obliczyć masę galaktyki? Na przykład sumując masę wchodzących w jej skład gwiazd, gazów i pyłów. Nie jest to trywialne, ale w przybliżeniu wykonalne. Tylko jest kłopot. Sumaryczna masa znanych nam galaktycznych obiektów nie uzasadnia prędkości rotacji galaktyk. Brakuje trochę kilogramów. Tak konkretnie to nie potrafimy się doliczyć 85% masy wszechświata. Oraz odrobiny energii.

To, czego nie możemy się doliczyć, nazwano ciemną materią i ciemną energią.

Nie będę wchodził w to, czym może być ciemna materia – bo tego nie wiemy. Ale zupełnie nie przeszkodziło nam w policzeniu, ile jej jest – i udowodnieniu, że istnieje. W jaki sposób?

Najpierw fizycy zauważyli, że masa obserwowanego wszechświata nie zgadzała się z równaniami łączącymi masę i prędkość obrotową galaktyk. Gdyby grawitacja na dużych dystansach działała inaczej niż na małych – to wszystko by nam się ładnie policzyło, tak nie jest. I to jest pierwsza wskazówka, że czegoś nie widzimy.

Grawitacja jest potężną siłą, potrafi zakrzywić światło. Efektem tego jest soczewkowanie grawitacyjne – opowiem o tym kiedyś szerzej. Dziś tylko zasygnalizuję, że coś niewidzialnego – coś, czego nie potrafimy zaobserwować żadnym instrumentem – zakrzywia nam światło generowane przez odległe galaktyki. Tak, jakby gdzieś po drodze była wielka niewidzialna soczewka. I to jest wskazówka numer dwa.

No i wreszcie najbardziej widowiskowy element. Gdy zderzają się dwie galaktyki, cząstki materii uderzają o siebie i rozbryzgują się na ogromne odległości. I tak się dzieje z normalną materią. Tymczasem na linii kolizji galaktyk naukowcy zaobserwowali soczewkowanie grawitacyjne wskazujące, że nie tylko zwykła materia brała udział w kosmicznej eksplozji, lecz przesuwała się tam również ciemna materia. Co ciekawe, bez rozbryzgu. Przeszła przez zwykłą i ciemną materię drugiej galaktyki zupełnie na nią nie wpływając.

Wygląda na to, że na razie jedyną znaną nam siłą, którą ciemna materia wpływa na nasze 5% obserwowalnego świata, jest grawitacja. To trochę utrudnia nam jej dokładne zbadanie – ale też udowadnia, że w fizyce jeszcze dużo odkryć przed nami.

Kolejny start rakiety przesunięty z powodu pogody. O tym, co konkretnie ma wpływ na starty - 83 odcinek podkastu Świat w trzy minuty.

Wojna Światów w radiu doprowadziła do masowej histerii i wielu ofiar śmiertelnych. Piękne, przemawiające do wyobraźni i całkowicie fałszywe. Jak było naprawdę?

82. odcinek podkastu Świat w trzy minuty.

W czasach drugiej wojny światowej to było prostsze - radiostacja pod łóżkiem teściowej albo list w paczce Czerwonego Krzyża, i wiadomość miała szansę dotrzeć do odległego adresata. Co jednak zrobić, gdy nie wiemy, gdzie jest adresat?

O tym, jak przekazano wiadomość uwięzionym żołnierzom 81. odcinek Świata w trzy minuty.

O niemieckim nastolatku który porwał Cessnę i wylądował na Placu Czerwonym słyszał chyba każdy. O tym, że skrót LOT rozszyfrowywano kiedyś jako Landing On Tempelhof, bo tylko w 1981 roku na to lotnisko uprowadzono dziewięć samolotów, pewnie też. Ale o maleńkiej Kukułce, którą można zobaczyć w krakowskim Muzeum Lotnictwa słyszeli głównie lotnicy.

Boeing 777-200LR potrafi przelecieć bez tankowania 17 tysięcy kilometrów. Virgin Atlantic GlobalFlyer przeleciał prawie 37 tysięcy kilometrów. A ile potrafi przelecieć balon wypuszczony z twojego podwórka? O tym 79 odcinek podkastu Świat w trzy minuty.

Żeby twoja konstrukcja obleciała świat, nie potrzebujesz gigantycznego zaplecza technicznego, grona korporacyjnych sponsorów i wsparcia medialnego. Wystarczy balon stratosferyczny, zezwolenie od zarządzających ruchem w powietrzu i wyobraźnia.

Co jakiś czas w niebo startują balony stratosferyczne. Do niedawna wykorzystywane głównie przez meteorologów, dziś trafiły w ręce amatorów – głównie krótkofalowców.

Większość eksperymentów z balonami jest robiona z myślą o krótkich lotach. Jako ładunek podpina się zwykle kamerę (tak, z wysokości osiąganych przez balon widać kulisty kształt Ziemi), spadochronik, akumulator, odbiornik GPS i nadajnik radiowy nadający aktualną pozycję. Balon wznosi się na zaplanowaną wysokość, rosnąca różnica ciśnień między wnętrzem a zewnętrzem nadyma jego powierzchnię, balon pęka – a ładunek opada na spadochronie. Z tym hobby wiąże się oczywiście druga zabawa – w namierzenie i odzyskanie ładunku, co trochę przypomina popularne niegdyś krótkofalarskie łowy na lisa.

Jednak co jakiś czas znajdują się zapaleńcy, którzy całość projektują w taki sposób, by wytrzymała w powietrzu jak najdłużej. Jako ładunek podpinany jest bardzo lekki nadajnik radiowy sprzężony z GPSem, baterie, czasem panele słoneczne – i właściwie tyle. Zamiast klasycznej lateksowej powłoki – która w pewnym momencie pęka z powodu różnicy ciśnień, do budowy takich balonów wykorzystuje się sztywniejsze tworzywa – na przykład folię wielowarstwową. Taki balon da się zaprojektować do lotu na konkretnym poziomie. Podczas wznoszenia, w pewnym momencie przestaje się rozszerzać i – zgodnie z prawem Archimedesa – osiąga stabilną wysokość i rozpoczyna wędrówkę w prądach powietrznych.

Jak długo potrafi się utrzymać? Balon wypuszczony kilka lat temu z Polski czterokrotnie okrążył Ziemię i spędził w powietrzu 118 dni. Inny balon tego samego konstruktora osiągnął wysokość 42 tysięcy metrów – to rekord Polski i siódmy wynik na świecie. Swoją drogą, ten sam konstruktor bije też rekordy wagowe – nadajnik radiowy z GPSem jego konstrukcji waży 3,7 grama. Waga ma wpływ na osiągi – im lżejszy zestaw, tym wyżej może polecieć przy tej samej objętości powłoki. A to ma spore znaczenie, bo im wyżej, tym mniej chmur – a przez to stabilniejszy lot.

W tego typu misji może wziąć udział każdy. Albo jako obserwator – sygnał z nadajników można odbierać radiem krótkofalarskim lub podglądać pozycję przez internet, albo jako konstruktor. W tym drugim przypadku warto pamiętać, że każdy obiekt latający może stanowić zagrożenie dla lotnictwa. Dlatego przed startem trzeba skontaktować się z Polską Agencją Żeglugi Powietrznej, by uzyskać odpowiednie pozwolenie. Warto też przejrzeć przepisy związane z sondowaniem atmosfery – tam znajdziesz np. informacje, jakie maksymalne obciążenia może wytrzymać linka łącząca balon z ładunkiem, by nie zniszczyć samolotu w razie ewentualnej kolizji. Warto też pamiętać, że taki balon może trafić nad dziwne miejsca, a władze Korei Północnej czy Jemenu nie życzą sobie transmisji radiowych znad swojego terytorium. Za to nie ma problemów ze startami z Polski – zresztą to Polak jako trzeci (po Anglikach) wypuścił amatorski balon, który obleciał świat.

Na zakończenie przyznam się,

20 tysięcy mil pod morzem, 99 baloników, 300 mil do nieba, trzy kolory - liczby zawsze przyciągały uwagę. Ale czy wiemy, co się za nimi kryje? O tym, czy miliard to dużo czy mało, 78 epizod podkastu Świat w trzy minuty.