איך תשתמשו במחשב הנייד שלכם כדי לגלות רעידת אדמה?

איך תשתמשו במחשב הנייד שלכם כדי לגלות רעידת אדמה?

How to use your laptop to locate an earthquake

אם תפילו את המחשב שלכם, צ’יפ שבנוי לתוכו יחוש בתאוצה ויגן על החלקים הנעים העדינים של הדיסק הקשיח שלו בטרם הוא יפגע בקרקע. איזה מזל…

קבוצה של חוקרים בראשות ג’ס לורנס מאוניברסיטת סטנפורד הכניסה את אותו צ’יפ מד תאוצה (אקסלרומטר) לשימוש חדש: מגלה רעידות אדמה! הם מתכננים ליצור רשת של מחשבים ניידים שיכולים למפות רעידות אדמה עתידיות בדיוק רב הרבה יותר מאשר יכולים לבצע זאת הסיסמומטרים כיום. רעיון גאוני הלא כן? קראו על הפרויקט!

סיסמומטר

בתמונה סיסמומטר מכני רושם סיסמוגראף: הסיסמומטר רושם את הויברציות מרעידות האדמה. בגרסה המכנית יש לו משקולת גדולה תלויה שהיא מוגבלת מלנוע לכל מקום ולכן היא נוטה להשאר במצב נייח. התוף של הסיסמומטר מסתובב ומעליו עט שרושם קוקווים באדום על נייר ויוצר גראף והגראף קרוי סיסמוגראף. אם כדור הארץ נע המכונה רוטטת, התוף רוטט מתחת למכונה והעט רושם את השינויים בתנודות. על סיסמומטרים שונים ומשוכללים

הסיסמומטרים הם גדולים, מגושמים, יקרים, כלומר עולים 10,000 דולר ויותר לכל חתיכה. הם מתוכננים להיות בדיוק רגישים לסוג הויברציות שרעידת האדמה יוצרת, שפירושו של דבר שהם יכולים להבחין ברעידות שמתחילות להתרחש בחצי הדרך מעבר לכדור הארץ. לעומת זאת הצ’יפים האקסלרומטרים במחשבים הניידים, שהתפתחו מאלה שנועדו לגלות מתי מכונית מתנגשת וכך לעורר את השחרור של כריות האוויר במכונית, הם רכיבים גסים למדי. הם, חרף זאת, זמינים ומצויים בכל מקום. כמעט בכל מחשב נייד יש אותם והם אפילו חדרו לטלפונים סלולאריים. ה-iPhone – למשל – משתמש בצ’יפ כדי לגלות את הכיוון שלו כדי שהוא יוכל לסובב את המסך שלו, וכך המשתמש יוכל לקרוא אותו בקלות.

לכשעצמו, צ’יפ אקסלרומטר במחשב נייד הוא לא יעיל במיוחד כגלאי רעידות אדמה, מכיוון שהוא לא יכול להבחין בין רעדה לבין כל סוגי שאר הויברציות. אבל אם צ’יפים רבים כאלה מחוברים לשרת מרכזי באמצעות האינטרנט, ניתן להשוות בין התגובות שלהם. ואם מספר גדול מאוד של צ’יפים כאלה במקום מסויים רושם ויברציה כמעט באותו הזמן, סביר יותר שזו רעידת אדמה מאשר קבוצה של משתמשים שכולם מכים על המקשים בחוזקה ובפראות. כדי לנצל את האפקט הקיבוצי הזה, רשת לכידת הרעדות [Quake-Catcher Network (QCN)] של ד”ר לורנס משתמשת באותה התכונה שבה משתמשים בפרויקט ה-SETI@home. פרוייקט הסטי צובר כוח חישובי ממאות אלפי מחשבים סביב לעולם כדי לבחון סיגנלים מטלסקופי רדיו אודות האפשרות של אינטליגנציה חוץ ארצית. כלומר, רשת שלמה של המוני מחשבים שמפוזרים להם על הגלובוס: What is SETI@home?

SETI@home is a scientific experiment that uses Internet-connected computers in the Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI). You can participate by running a free program that downloads and analyzes radio telescope data. באתר
 

ד”ר לורנס והקולגות שלו כבר הדגימו שרשת ה-QCN פועלת. היא הצליחה לגלות רעידות ליד רנו, נבאדה, באפריל השנה ורעידה אחת ליד לוס אנג’לס מוכת רעידות האדמה ביולי. אבל רק גילוי רעידות היא לא הנקודה החשובה. סיסמומטרים יכולים לעשות את העבודה הזו גם כן. כדי להיות יעילים, ה-QCN  זקוקה להיות מסוגלת לבצע דברים שהסיסמומטרים לא יכולים לבצע. אחד מדברים האלה הוא למדוד את מקסימום הכמות שבה האדמה רועדת. הרגישות של הסיסמומטרים פירושה שסיגנלים חזקים יהרסו אותם אם הם לא מתוכננים ל”קצץ” סיגנלים כאלה כאשר הם עוברים סף כלשהו. המחיר הנדון הוא שמידע אודות רעידות אדמה חזקות וסמוכות נאבד. אקסלומטרים של מחשבים ניידים הם מאוד חסינים. למרות שהם לא יכולים, אם הם מצויים באמריקה, לומר לנו משהו אודות רעידת אדמה בסין, הם יכולים לפעמים לסייע יותר טוב מאשר ערכה קונבנציונלית בעודם מודדים רעידות מקומיות.

יסייעו למערכת ה-QCN מערכת ה- Global Positioning Systemאו ה-GPS שיותקנו במחשבים הניידים והראוטר (רכיב רשת שבו משתמש כל מחשב כדי להתחבר לאינטרנט הרחב יותר). אלה יוכלו לומר לנו היכן כל מחשב נייד ברשת היה ברגע שהתרחשה הרעידה. כך רשת ה-QCN תוכל למפות בדיוק רב את הרעידות וגם להזהיר מפני רעידות אדמה. יש לקחת בחשבון כאן את מהירות תקשורת האינטרנט, לצמד זאת עם מהלך טעינת הנתונים מכל מחשב במרווחי זמן רגעיים – ופירושו של דבר שהרשת של ד”ר לורנס יכולה להזהיר מפני רעידת אדמה תוך כמה שניות. זה מהר יותר מאשר רשתות סיסמומטר מסורתיות. ויש לזכור שזה מהיר יותר מאשר מהירות תנועת הגלים הסיסמיים. לפיכך ניתן לשדר אזהרות למקומות לפיהן גלי רעידות אדמה עדיין לא הגיעו. זה ייתן לאנשים זמן יקר למצוא מקום מכסה כדי לנוס אליו.

כרגע רשת ה-QCN מונה בערך 1500 מחשבים. אבל כפי שקרה עם רשת ,SETI@home ופרויקט נוסף שפונה לשיתוף פעולה בין מחשבים בעולם לחיזוי האקלים  כך החוקרים מצפים למספרים לגדול יותר ברגע שהידע אודות הפרויקט יתפשט בין החוקרים. הכתובת לאלה שרוצים להצטרף היא:  Welcome to the Quake-Catcher Network

The Quake-Catcher Network is a collaborative initiative for developing the world’s largest, low-cost strong-motion seismic network by utilizing sensors in and attached to internet-connected computers.

With your help, the Quake-Catcher Network can provide better understanding of earthquakes, give early warning to schools, emergency response systems, and others. The Quake-Catcher Network also provides educational software designed to help teach about earthquakes and earthquake hazards 

 

פרויקטים נוספים:

 

List of distributed computing projects

רשימה של פרויקטים נוספים שמבקשים מהמשתמש הביתי להוריד תוכנות ולהשתמש במחשבו האישי כדי לסייע למדע ולמחקר העולמי: אם כל אחד יצרף את מחשבו למאמץ העולמי אז נגיע למחשב-על אחד שיכסה את כל כדור הארץ ויוכל לגלות, להתריע ולעזור במחקר.

דוגמא לפרויקט נוסף:

 Einstein@Home

According to Albert Einstein, we live in a universe full of gravitational waves. He suggested that the movements of heavy objects, such as black holes and dense stars, create waves that change space and time. We have a chance to detect these waves, but we need your help to do it! Einstein@Home uses computer time donated by computer owners all over the world to process data from gravitational wave detectors. Participants in Einstein@Home download software to their computers, which process gravitational wave data when not being used for other computer applications, like word processors or games. Einstein@Home doesn’t affect the performance of computers and greatly speeds up this exciting research.

הפרויקט נשען על הרעיון של אינשטיין מ-1916 אודות גלי כבידה ועל הרעיון של פיזור עולמי של מחשבים ושיתוף בין מחשבים שממוקמים בכל העולם ושיתוף פעולה ביניהם. האם נוכל לגלות עדות אודות חורים שחורים ועצמים שמימים אחרים שפולטים גלי הכבידה? משתמשים במחשבים הפזורים בכל העולם על ידי זה שהמשתמשים בהם מורידים תוכנה לעיבוד נתוני גלי הכבידה. הרעיון של פרויקט זה ואחרים כמוהו הוא להשתמש בעוצמה של מחשבים הפזורים בעולם כולו כמעין נקודות שפזורות על פני גריד של החלל והזמן. בצורה זו מכסים את המרקם כולו של החלל-זמן במחשבים ביתיים שמתפקדים כמעין מחשב על בעל עוצמה חישובית אדירה.

פרויקט אינשטיין

מהם גלי כבידה? ביוני 1916 אינשטיין חקר תופעה מוזרה שקרויה גלי כבידה: אינשטיין הדגים ששדות כבידתיים בהתאם לתורת היחסות הכללית מתפשטים במהירות האור. גלי כבידה כאלה, הוא טען, נוצרים באנלוגיה ישירה לדרך שבה היינריך הרץ הסיק ממשוואות מקסוול שגלים אלקטרומגנטיים נוצרים על ידי התנועה המואצת של מטענים חשמליים; כך גם אינשטיין הסיק שמתוך משוואות השדה ניתן להסיק על קיומם ותכונותיהם העקרוניות של גלי הכבידה שאותם מעוררות מסות הנעות זו ביחס לזו. כלומר, גלים אלקטרומגנטיים – אור, רדיו, מיקרוגל וכל דבר אחר למעלה ולמטה בספקטרום – נע דרך שדה אלקטרומגנטי? גלים אלקטרומגנטיים נוצרים בעוד מסות טעונות חשמלית מואצות זו יחסית לזו – שזהו התיאור הפורמאלי, המופשט לתהליך הבסיסי שיוצר כל סיגנל רדיו או טלוויזיה, בין השאר. באותו האופן, שתי מסות כבידתיות המאיצות זו ביחס לזו – שני כוכבים מתנגשים, למשל – צריכים ליצור גלי כבידה, פלוקטואציות בעוצמה של השדה הכבידתי שנעות במהירות האור.

לאינשטיין לא הייתה תמונה נכונה במיוחד של גלים אלה בהתחלה והוא לא היה מרוצה מהמאמר של יוני 1916. הגרסה שהוא הכריז עליה ביוני 1916 הכילה טעות מתמטית שאותה הוא תיקן בפברואר 1918. אבל אפילו אחרי התיקון הזה,  המושג שאירוע אחרי אירוע ביקום שולח גלים קטנים שמתנגשים זה בזה בינות מעמקי המרחב-זמן הוכח כקשה לקבל. לא הייתה מעשית כל עדות לכך שגלים כאלה אכן קיימים. האפקט המנובא היה כל כך קטן שניתן היה להחשיב את הרעיון כולו של גלי הכבידה כעוד אחת מהאנומליות המתמטיות בתוך מסדרונות המבוך של היחסות הכללית. בניגוד לגלים האלקטרומגנטיים שקל להדגימם, מצפים מראש שגלי כבידה בקושי יורגשו באימות ניסויי בגלל האפקטים הכה חלושים שלהם על מערכות מכאניות. הדחייה התפוגגה והקונסנזוס המודרני הוא שהגלים של אינשטיין הם כנראה אמיתיים. אבל זהו שיפוט מהזמן האחרון, שנובע מסדרת תצפיות אסטרונומיות משנות ה-1970 המאוחרות שסיפק עדות עקיפה חזקה שגלי הכבידה אכן נוצרים: איבוד אנרגיה של פולסארים בינאריים באמצעות הפליטה המשוערת של גלי כבידה בהתאם לנוסחא אותה נתן אינשטיין במאמרו מפברואר על גלי הכבידה מ-1918 עבור קרינת אנרגיה של המערכת המכאנית.

אפילו עכשיו, למרות שגלאים מאוד גדולים ורגישים נבנים, שום גל כבידה כזה עדיין לא נצפה ישירות.

לאינשטיין עצמו היה רגע של ספק ב-1936, אבל ברגע שהוא מצא את הטעות המתמטית שהכשילה אותו והוא תיקנה בצורת נוסחא ב-1918, הוא אף פעם לא איבד אמונה ברעיון. הוא לא בזבז הרבה זמן על הבעיה, בכל אופן, כי אפילו ב-1916 גלי כבידה היו פשוט תרגילי חימום או סקיצה אינטלקטואלית שבו הוא השתמש כדי לרכוש חוש של הכרות עם התורה החדשה שלו.

 

 

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s