الفلك

هل النجم المدعوم من الانشطار ممكن؟

هل النجم المدعوم من الانشطار ممكن؟

يمكن للنجوم أن تدمج الذرات بسهولة لإعطاء الحرارة والإشعاع. ولكن في ويكيبيديا قالت إن ذرات الحديد الفرعية فقط هي التي تعطي الطاقة عند اندماجها وتأخذ الطاقة عند الانقسام ، والذرات ما بعد الحديد هي عكس ذلك تمامًا. لذا ، إذا اجتمعت عدد كافٍ من العناصر الثقيلة معًا ، فهل يمكن صنع "نجم معكوس" يعطي فيه الضوء والحرارة من خلال وسائل الانشطار؟ إلى متى سيستمر هذا النجم ، ولماذا لا يكونون شائعين ، إذا كانوا موجودين؟


أعتقد أنه سؤال مثير للاهتمام. الحيلة ستكون تفاعل انشطاري مستدام ، أسرع من نصف عمر ، ولكن أبطأ من تفاعل تسلسلي. لا يمكن اعتبار سلسلة من ردود الفعل "مثل نجمة" - سوف تنفجر فقط.

دعنا نقول أن لديك جسمًا بحجم كوكب ، ربما 100 جزء من الحديد ، خامل أساسًا ، إلى جزء واحد من اليورانيوم ، والذي من شأنه أن يولد الحرارة خلال فترة نصف العمر الاضمحلال ، وقد تنتشر بعض النيوترونات من اليورانيوم إلى اليورانيوم - كثيرون لن يفعلوا ذلك. ومع ارتفاع حرارة الجسم ، ينجرف المزيد والمزيد من اليورانيوم نحو المركز. سيكون لديك تسخين تدريجي ، وسيبدأ الجسم في التوهج بمرور الوقت. أظن أنه من غير الممكن استخدام أي شيء قريب من اليورانيوم النقي ، لأن النيوترونات المنبعثة في كرة من مادة غنية باليورانيوم ستفعل شيئًا من شيئين - إما تفجير الشيء بعيدًا ، أو زيادة معدل التفاعل والتسبب في تفاعل متسلسل. لكنني أعتقد ، مع المزيج المناسب من اليورانيوم والعناصر الخاملة ، واليورانيوم المنتشر ، وليس كله في المركز ، فمن المحتمل أن تحصل على شيء يشبه النجوم. سيكون لديها طاقة أقل بكثير حتى لا تحترق ما يقرب من نجم. على الأقل ، هذه هي إجابتي عن تجربتي الفكرية على هذا السؤال.

المشكلة في لا شيء سوى العناصر الثقيلة الغنية بالنيوترونات هي أنني لا أرى أي طريقة لا تتالي وتحترق أو تنفجر بسرعة. يتم تحريك التفاعل النووي عن طريق اصطدام النيوترونات بالنواة بالطاقة الكامنة وعندما يحدث التفاعل ، يتم إنتاج المزيد من النيوترونات الحرة مما يسرع التفاعل بشكل كبير. ستخضع كرة من اليورانيوم عبر عدة أميال للانشطار والانفجار. كرة ثقيلة بما يكفي حتى لا تنفجر - على سبيل المثال ، بحجم كوكب المشتري ، ستسخن وتحترق بسرعة ثم تستقر وتبرد ببطء. - ربما مشابه لنجم يذهب إلى نوفا ثم يستقر في قزم أبيض.

إذا كان لديك مادة بالداخل تعمل على إبطاء التفاعل ، وتمتص النيوترونات وتعيد قبولها ، فمن المحتمل أن تولد حرقًا مستدامًا - على غرار ما يحدث داخل محطة نووية مع الحفاظ على الجاذبية الكافية لإبقاء الجسم في قطعة واحدة ومع مرور الوقت ، يسخن ويتوهج مثل النجم في الوقت المناسب ويستمر لفترة من الوقت. من المحتمل أن يكون حجم الكوكب ، حتى بحجم القمر أكثر من كافٍ ، لكنك ستحتاج إلى المادة لإبطاء التفاعل والحفاظ على انتشار اليورانيوم. هذا هو رأيي على الأقل.


من غير المحتمل جدًا مع عملية الانشطار الطبيعي لمعظم العناصر. يمكن تقسيمها إلى مجموعتين: رد فعل بطيء وردود فعل سريعة.

لا تولد العناصر ذات التفاعلات البطيئة طاقة كافية في وقت قصير بما يكفي لتكون قادرة على التسخين بدرجة كافية لتوفير الضوء.

ستختفي العناصر ذات التفاعلات السريعة قبل أن تتراكم بما يكفي لتكوين جسم كبير.

أيضًا من غير المحتمل حدوث تفاعل تسلسلي اندماجي نظرًا لأن توليفة المواد للحفاظ على رد فعل مستدام ذاتيًا لآلاف السنين بعيد جدًا.


نجم انشطار اصطناعي

تريد حضارة K2 + بناء نجم انشطار ، كتلة ضخمة من المواد الانشطارية التي لا تنهار بسبب الإشعاع المنبعث من انحلالها الانشطاري. أعلم أن هناك مفاعلات مثل المفاعل المائي المتجانس التي هي ذاتية التنظيم وحتى المفاعلات التي تحدث بشكل طبيعي موجودة ، فلماذا لا يكون نجمًا؟

إذن ، هل يمكنني صنع مفاعل انشطاري كروي متجانس مستدام ذاتيًا؟ لا يهمني حجمه ، وكم من الوقت يلمع ، وإذا كان صلبًا ، أو سائلًا ، أو غازيًا ، أو بلازما ، فلا بأس أيضًا إذا احتاج إلى احتواء عناصر أخرى (وسيط؟). إنها K2 + لذا فإن الموارد ليست مشكلة!


يقول رئيس ناسا إن الدفع النووي يمكن أن يكون "تغيير قواعد اللعبة" لاستكشاف الفضاء

ويمكن لهذه التقنية أيضًا أن تُشغِّل أشعة الليزر التي تحيد الكويكبات.

قال مدير ناسا ، جيم بريدنشتاين ، إن القفزة العملاقة التالية للبشرية يمكن أن يتم تمكينها من خلال التكنولوجيا النووية من الجيل التالي.

خلال الاجتماع السادس للمجلس الوطني للفضاء (NSC) اليوم (20 أغسطس) ، أشاد رئيس ناسا بإمكانيات الدفع الحراري النووي ، والذي من شأنه تسخير الحرارة الناتجة عن تفاعلات الانشطار لتسريع الوقود مثل الهيدروجين إلى سرعات هائلة.

قال ريكس جيفيدن ، عضو لجنة NSC ، الرئيس والمدير التنفيذي لشركة BWX Technologies Inc.

وهذه مشكلة كبيرة لناسا ، التي تعمل من أجلها جلب رواد فضاء إلى المريخ في الثلاثينيات.

قال بريدنشتاين: "هذا بالتأكيد سيغير قواعد اللعبة لما تحاول ناسا تحقيقه". "هذا يمنحنا فرصة لحماية الحياة حقًا ، عندما نتحدث عن جرعة الإشعاع عندما نسافر بين الأرض والمريخ."

تزيد هذه الجرعة ، بالطبع ، كلما طالت مدة بقاء رواد الفضاء في الفضاء السحيق ، بعيدًا عن الفقاعة الواقية للغلاف المغناطيسي للأرض. وتشير الأبحاث الحديثة إلى أن جرعة الإشعاع المتراكمة على يد رواد الفضاء المتجهين إلى المريخ يمكن أن تحدث تدمر أدمغتهممما يؤثر على مزاجهم وقدرتهم على التعلم والتذكر.

شدد بريدنشتاين أيضًا على فائدة الدفع الحراري النووي للتطبيقات الأقرب إلى المنزل. على سبيل المثال ، يمكن أن تسمح القوة المتزايدة للمركبات التي تدور حول الأرض بالابتعاد عن خط نيران الأسلحة المضادة للأقمار الصناعية ، على حد قوله.

قال جوزيف ماجواير ، القائم بأعمال مدير المخابرات الوطنية الأمريكية ، خلال اجتماع مجلس الأمن القومي اليوم ، إن مثل هذه الأسلحة يتم تطويرها من قبل كل من الصين وروسيا.

وقال ماغواير: "ينظر البلدان إلى القدرة على مهاجمة أنظمة وخدمات الفضاء كجزء من جهودهما الأوسع لردع أو هزيمة خصم في القتال". "باختصار ، التهديد الذي يتهدد أنظمة الفضاء الأمريكية وحلفائها مستمر في النمو بلا هوادة."

في مجال الأمن القومي ، قال جيفيدن إن مفاعلات الانشطار الصغيرة يمكن أن توفر أيضًا طاقة خارج الشبكة للقواعد العسكرية الأمامية والنائية.

& ldquo يمكنك بالتأكيد تخيل استخدام مفاعل غاز مضغوط عالي الحرارة لتشغيل سلاح الطاقة الموجهة ، على سبيل المثال ، "قال جيفيدن." [الولايات المتحدة] تستخدم وقود الديزل الآن ، لكن هذا ليس مستدامًا خلال معركة مستمرة. "

لفتت هذه الإشارة إلى أشعة الليزر عالية الطاقة انتباه بريدنشتاين. سأل جيفدن عما إذا كان يمكن استخدام هذه التكنولوجيا يصرف كويكبًا واردًا ولتفريغ الفضاء غير المرغوب فيه. أجاب غيفدن أن الإمكانات موجودة بالتأكيد في كلتا الحالتين.

ثم تحول بريدنشتاين إلى نائب الرئيس مايك بنس ، الذي يترأس مجلس الأمن القومي. قال بريدنشتاين: "أعتقد ، سيدي نائب الرئيس ، أن هناك فرصة رائعة هنا يجب على الولايات المتحدة الأمريكية الاستفادة منها".

قد تكون الأمة بالفعل على هذا الطريق. في مايو ، وافقت لجنة المخصصات في مجلس النواب على مشروع قانون يخصص 22.3 مليار دولار لناسا - بما في ذلك 125 مليون دولار لتطوير تقنية الدفع الحراري النووي. كما قدم الكونجرس 100 مليون دولار لنفس الغرض في السنة المالية 2019.

لا ينبغي الخلط بين الدفع الحراري النووي مولد كهربائي حراري للنظائر المشعة (RTG) تكنولوجيا. تحول RTG الحرارة الناتجة عن الاضمحلال الإشعاعي للبلوتونيوم إلى كهرباء ، والتي تقوم بعد ذلك بتشغيل أدوات المركبات الفضائية وغيرها من المعدات. تستخدم وكالة ناسا RTGs لعقود من الزمن ، وقد زودت بعضًا من أشهر مستكشفي الكواكب بالوكالة ، بما في ذلك مسبار Voyager التوأم ، ومركبة الفضاء كاسيني ساتورن ومركبة Curiosity Mars.

يمكن أن تساعد التقنيات النووية الأخرى في الاستكشاف في المستقبل أيضًا. على سبيل المثال ، يقوم الباحثون بتطوير مفاعل انشطاري صغير يمكنه تشغيل البؤر الاستيطانية المأهولة على القمر والمريخ. يمكن أن يكون هذا "مفاعل كيلوباور" جاهز لمظاهرة طيران في عام 2022 إذا رغبت ناسا في ذلك ، قال أعضاء فريق المشروع مؤخرًا.

يساعد مجلس الأمن القومي في توجيه سياسة الفضاء للدولة. أعاد الرئيس دونالد ترامب إلى المجلس في عام 2017 ، كان آخر نشاط كان فيه في أوائل التسعينيات.


هل النجم المدعوم من الانشطار ممكن؟ - الفلك

كنت أتساءل فقط عما إذا كان هناك أي أنشطة عالية الطاقة غير مفسرة أو ضعيفة النظرية (مثل انفجارات أشعة جاما) والتي يمكن أن تكون ناجمة عن نشاط الحضارات المتقدمة الأخرى في كوننا؟ سامحني ، أعلم أن السؤال جميل "هناك" ، فقط كنت أتساءل عما إذا كان أي شخص يبحث عن علامات على وجود حياة خارج الأرض بهذه الطريقة.

لا توجد طريقة يمكننا من خلالها استبعادها تمامًا ، بالطبع. ومع ذلك ، أعتقد أن هناك عدة أسباب وراء عدم حدوث ذلك على الأرجح.

أولا، كل الظواهر الفلكية التي نراها تميل إلى أن تكون "النطاق العريض" ، مما يعني أنها تصدر ضوءًا يحتوي على الكثير من الألوان المختلفة. على النقيض من ذلك ، فإن العديد من الإشارات التي ينتجها البشر والتي يمكن اكتشافها من الفضاء الخارجي تكون ضيقة النطاق ، مما يعني أن الضوء يحتوي بشكل أساسي على لون واحد محدد. هذا ينطبق بشكل خاص على الإشارات المستخدمة للاتصال - على سبيل المثال ، عندما تستمع إلى محطة راديو ، يجب عليك ضبط الراديو على تردد محدد للغاية (أي "لون" موجة الراديو) لتلقي الإشارة التي يتم تم الإرسال ، وإذا قمت بتغييره قليلاً ، فلن تكتشف بعد ذلك بث تلك المحطة.

إشارات النطاق الضيق هي أفضل طريقة لتركيز أكبر قدر ممكن من قوة الإشارة في نظام قابل للاكتشاف ، مما يوفر الطاقة ويسهل تمييز الإشارة من ضوضاء الخلفية. لذلك من المحتمل أن تستخدم الحضارات خارج كوكب الأرض أيضًا إشارات النطاق الضيق للتواصل ، ولا تندرج أي من الظواهر الفلكية التي رأيناها ضمن هذه الفئة (مشروع SETI @ home ، في الواقع ، يبحث فقط عن إشارات النطاق الضيق ، وهذه إحدى الطرق سيكونون قادرين على تمييز أي إشارة "حقيقية" خارج كوكب الأرض من ظاهرة تحدث بشكل طبيعي).

من ناحية أخرى ، من الممكن أن يكون لدى الحضارات خارج كوكب الأرض أجهزة استقبال تعمل بشكل مختلف عن تلك التي تعمل لدينا (بحيث يكون تعريفها لـ "النطاق الضيق" مختلفًا عن تعريفنا) ، ومن الممكن بالتأكيد أنها قد تنتج إشارات ليس مخصص للاتصال الذي يمكننا اكتشافه.

ثانية، الظواهر الفلكية التي نلاحظها تميل إلى أن تكون كذلك الى ابعد حد الأحداث النشطة ، ومن الصعب تخيل ما قد تفعله حضارة خارج كوكب الأرض لاستخدام هذا القدر من الطاقة بسرعة. تعد انفجارات أشعة جاما (GRBs) على وجه الخصوص من بين الأحداث الأكثر نشاطًا في الكون ، حيث تطلق عادةً حوالي 10 51 ergs من الطاقة في أقل من دقيقة واحدة - وهذا يعادل أخذ كوكب بكتلة كوكب المشتري وتحويل كتلته بالكامل إلى الطاقة (كما في القنبلة النووية) في فترة زمنية قصيرة للغاية! لماذا قد ترغب الحضارات خارج كوكب الأرض في جعل الكواكب بحجم المشتري تختفي تمامًا وإرسال الطاقة المشعة إلى الكون هو لغز بالنسبة لي (على الرغم من أنني بالتأكيد لا أستطيع أن أدعي أن لدي أي فكرة عن كيفية تفكيرهم).

ثالث، الظواهر الفلكية التي نراها تميل إلى الوقوع في فئات متميزة ، وداخل كل فئة هناك العديد من الأشياء المختلفة التي تتشابه خصائصها ، باستثناء التقلبات الإحصائية. على سبيل المثال ، تم اكتشاف الآلاف من نماذج GRB ، وإذا نظرت إلى مدرج تكراري لفتراتها (المدة التي يستغرقها كل حدث) ، فسترى أنها تتجمع حول قيمة معينة مع بعض التباين الإحصائي حول تلك القيمة (في الواقع ، في حالة GRBs هناك اثنين القيم ذات التباين الإحصائي حول كل منها ، ولكن هذا لأن ما نطلق عليه "GRBs" يُعتقد الآن أنهما نوعان مختلفان من الكائنات).

قد تكون هذه تكهنات ، لكنني لا أعتقد أن الحضارات المتقدمة يمكن التنبؤ بها لدرجة أنها ستتطور جميعًا نحو النقطة التي قرروا فيها فعل الشيء نفسه ، الحدث المتطرف (مثل طمس أحد الكواكب في نظامهم الشمسي). أعتقد أننا نرى دليلاً على ذلك على الأرض ، حيث طور البشر المعزولون عن بعضهم البعض مثل هذه الثقافات المختلفة في جميع أنحاء العالم. بالنسبة لي ، فإن حقيقة أن الأحداث الفلكية المختلفة التي نراها متشابهة جدًا في جميع أنحاء الكون هي دليل على أن لديهم تفسيرًا فيزيائيًا بسيطًا ، بدلاً من كونها ناتجة عن نشاط الكائنات الحية وأنماطها الكيميائية والسلوكية الأكثر تعقيدًا.

ومن المثير للاهتمام ، أنه عندما تم اكتشاف أول نجم نابض لاسلكي في عام 1967 ، تم النظر لفترة وجيزة في فكرة أن الإشارة الدورية ربما تكون من حضارة غريبة. كما وصفتها جوسلين بيل (طالبة الدراسات العليا التي قامت بالاكتشاف الأولي) ، كانت في البداية منزعجة مازحة بشأن الاحتمال ("كنت هنا أحاول الحصول على دكتوراه من تقنية جديدة ، وبعض الأشياء السخيفة كان على الرجال الخضر أن يختاروا هوائيي وترددي للتواصل معنا ") ، ولكن بمجرد أن اكتشفت نجمًا نابضًا ثانٍ ، أدركت على الفور أنه من غير المرجح أن يكون من عمل حضارة خارج كوكب الأرض. في كلماتها: "تركت التسجيل على مكتب توني وذهبت ، أسعد كثيرًا ، في عيد الميلاد. كان من غير المحتمل جدًا أن يختار اثنان من الرجال الخضر الصغار نفس التردد غير المحتمل ، وفي نفس الوقت ، لمحاولة إرسال الإشارات لكوكب الأرض نفسه ".

نحن نعلم الآن أنه يمكن تفسير النجوم النابضة جيدًا على أنها نجوم نيوترونية سريعة الدوران ، ومنذ الاكتشاف الأولي وجد علماء الفلك أكثر من ألف من هذه الأجسام. أعتقد أنه من المحتمل جدًا أن تتبع أي فئات جديدة من الأشياء المشبوهة التي يتم اكتشافها في المستقبل تاريخًا مشابهًا لما فعلته النجوم النابضة.

تم تحديث هذه الصفحة بواسطة Jake Turner في 28 يناير 2019.

عن المؤلف

ديف روثستين

ديف هو طالب دراسات عليا سابق وباحث ما بعد الدكتوراه في جامعة كورنيل ، استخدم ملاحظات الأشعة تحت الحمراء والأشعة السينية ونماذج الكمبيوتر النظرية لدراسة الثقوب السوداء المتصاعدة في مجرتنا. كما قام بمعظم عمليات التطوير للإصدار السابق من الموقع.


الإجابات والردود

لا أعرف من أين حصلت على أرقامك ، لكن السرعة القصوى لأي صاروخ محدودة فقط بكمية الوقود التي يحملها.

ومع ذلك ، فإن صاروخ الاندماج من الناحية النظرية أكثر كفاءة من صاروخ الانشطار وكلاهما أكثر كفاءة من الصواريخ الكيميائية التي نستخدمها حاليًا. بمزيد من الكفاءة ، أعني أنه من أجل الوصول إلى سرعة معينة ، يتطلب الأمر وقودًا أقل.

الان هي قد من الممكن الوصول إلى 10٪ c بصاروخ اندماجي ، مع نسبة معقولة من الوقود إلى الحمولة (اعتمادًا على ما تعنيه بالمعقول) ، لكنني أشك بشدة في إمكانية الوصول إلى 5٪ c بصاروخ انشطاري.

ثم هناك عامل التسارع. لا يمكنك فقط القفز في سفينتك والإقلاع بسرعة 10٪ من c ، عليك أن تسرع حتى هذه السرعة أولاً A تسارع واحد g ، سيستغرق الأمر 38 يومًا للوصول إلى 10٪ من c (ونفس المقدار من حان الوقت للإبطاء.)
وفي ذلك الوقت كنت ستقطع مسافة 60 مليار كيلومتر أي ما يعادل عشرة أضعاف مسافة بلوتو (وأكثر من إطلاق النار على المريخ قليلاً).

الآن ، إذا كنت تريد الإسراع بمقدار 1 جرام في منتصف الطريق إلى المريخ ثم تباطؤ النصف الثاني ، يمكنك الوصول إلى المريخ (في أقرب وقت ممكن) في غضون يومين تقريبًا.

الآن يومين يتفوقان على شهرين ، لكن المشكلة تكمن في ذلك لا نعرف كيف نجعل صاروخ الاندماج يعمل.

إن المركبة الفضائية التي تتحدث عن أن ناسا تطورها هي على الأقل شيء لدينا فرصة جيدة لإنجاحه. (أوه ، راجع للشغل إذا كان النظام أعتقد أنه كذلك ، فمن المرجح أن يتم تشغيله بواسطة مفاعل انشطار.)

وهناك مفهوم الاندماج (وليس الانصهار!) النفاث النفاث ، حيث تلتقط الهيدروجين في الفضاء لتشغيل المفاعل. وقود أقل لتحمله. نسيت مدى ضخامة السبق الصحفي.

أوه ، ولا تنس كيف يجب أن تكون المركبات الفضائية الثقيلة تسافر بنسبة 10 ٪ من c. يجب أن يكون التدريع الأمامي مدهشًا جدًا.

لسوء الحظ ، يتجاهل الناس الفيزياء والهندسة "الواقعية" ويذهبون إلى المعادلات المثالية البسيطة. من الناحية المثالية ، إذا كان لدى المرء كميات هائلة من الطاقة وكتلة قليلة ، فيمكن للصاروخ أن يحقق متوسط ​​سرعة العادم.

ولكن في الواقع ، كلما زادت سرعة العادم أو الطاقة الحركية ، انخفضت الكتلة المطرودة بسبب القيود المفروضة على هيكل غرفة الدفع. حتى المغناطيس فائق التوصيل يشعر بضغط خلفي من البلازما. بسبب قيود الضغط ، تكون كثافة العادم محدودة ، وهذا يحد من قوة الدفع.

يتعين على المرء في النهاية أن ينظر إلى الطاقة المحددة المتاحة للدفع ، وتعني ISP العالية عمومًا معدلات تدفق كتلة منخفضة وتسارع منخفض - وهي مشكلة متأصلة في NEP وأنظمة الاندماج.

أيضًا ، يتعين على المرء أن يأخذ الوقود في الرحلة ، لذا فإن المرء في وقت مبكر لديه الكثير من الكتلة لدفعه. ثم في الطرف الآخر ، يتعين على المرء استخدام الكثير من الكتلة لإبطاء السرعة في الوجهة. إذا كانت المهمة ذهابًا وإيابًا ، فستكون هناك حاجة إلى كتلة دافعة لرحلة العودة. تتطلب كل مرحلة من مراحل المهمة وقودًا أقل ، لأن كل مرحلة تقذف كتلة دافعة.

إذا قمت بتصحيح صواريخ الاندماج النووي ، (إذا استخدمت بالطريقة الصحيحة) ، فيمكن أن تصل إلى 10٪ من سرعة الضوء. هذا بينما يذهب الانشطار النووي 5٪ من سرعة الضوء. ومع ذلك ، تعمل ناسا على حرفة يمكنها صنع & quotE Earth-Mars- اتجاه واحد في غضون شهرين & quot. هذا أفضل من الأشهر الستة الحالية.
ومع ذلك ، إذا كنت على حق ، فإن الضوء يستغرق حوالي 10 دقائق للوصول إلى المريخ. لذلك يمكن لمركبة (انقلاب نووي) أن تذهب إلى المريخ بسرعة 10٪ من سرعة الضوء في 100 دقيقة أو 200 دقيقة بما في ذلك وقت نزع السلاح. 200 دقيقة هي 3.3 ساعة. إذن ما هذا الهراء لمدة شهرين؟: مندهش

ملاحظة: الانشطار النووي:
التسارع: 10 * 20 = 200 دقيقة.
نزع التسارع 400 دقيقة أو 6.6 ساعة.

أعتقد أنك بحاجة إلى إلقاء نظرة على أوقات التسارع / عدم التسارع مرة أخرى.

سيستغرق الأمر حوالي 1 سنة عند 1 جرام للوصول إلى 10٪ من سرعة الضوء ، أي ما يزيد قليلاً عن شهر.

هذا لأن سنة ضوئية واحدة في السنة ^ 2 = 9.5 م / ث ^ 2 ، والتي تقل قليلاً عن 1 جم (سمها 1 جم لحسابات ظهر المغلف).

إذا تمكنا من الإسراع بشكل مستمر وإلغاء التسارع عند 1 جرام لـ xxx ، فسيكون وقت السفر بأكمله إلى المريخ 2 * sqrt (d / a)

(حل .5 a (t / 2) ^ 2 = d / 2 لتضمين تأثيرات الدوران للحصول على ما سبق).

ومع ذلك ، مع وجود الصواريخ المتاحة ، سيكون هذا سريعًا بشكل غير واقعي. (على سبيل المثال ، ستجد أن الصاروخ سينفد من الوقود بنسب كتلة وسرعات عادم معقولة). تحتاج إلى استخدام المزيد من النماذج المتطورة بناءً على معادلة الصاروخ

نسبة الوقود / الكتلة لصاروخك ، وسرعة العادم (يتم تحديدها أحيانًا عبر مزود خدمة الإنترنت ، نبضة محددة) للحصول على تقدير أفضل لوقت السفر.

تذكر أيضًا أنه عليك الوصول إلى المريخ والعودة إليه دون نفاد الوقود.

وهناك مفهوم الاندماج (وليس الانصهار!) النفاث النفاث ، حيث تلتقط الهيدروجين في الفضاء لتشغيل المفاعل. وقود أقل لتحمله. نسيت مدى ضخامة السبق الصحفي.

أوه ، ولا تنس كيف يجب أن تكون المركبات الفضائية الثقيلة تسافر بنسبة 10 ٪ من c. يجب أن يكون التدريع الأمامي مدهشًا جدًا.

يجب أن تكون السبق الصحفي في منطقة قطرها 100 ميل على ما أعتقد. إن نطاق وتكلفة هذا العمل الهندسي الفذ يختلف تمامًا عن أي شيء تم القيام به من قبل.

ألن يكون من العملي أكثر استخدام مسدس سكة حديد عملاق على سطح القمر بطول ميل واحد أو نحو ذلك واستخدم بندقية السكك الحديدية لإطلاق أقمار صناعية غير مأهولة في أي مكان في النظام الشمسي.

ما نوع السرعات التي يمكن أن نتوقعها من http://science.howstuffworks.com/rail-gun.htm" ميل واحد ومكثفات بحجم الفنادق لإطلاقها.

العوامل المحددة هناك هي متانة القذيفة (عند تسارع مائة جرام ، يجب أن تكون قاسية) وبناء البندقية نفسها (تحتاج إلى إيجاد جبل مناسب الحجم وذو زاوية).

لست متأكدًا من أن وجود مسدس سكة حديد بهذا الحجم ممكن ، لكنني سمعت مقترحات لبندقية هوائية.

ماذا لو كنت تستخدم مفاعل توماسك لإنشاء اندماج نووي ، ثم استخدمت ملفات MRE لتوجيه العادم خارج الطرف الآخر من السفينة؟ التي يجب أن تعمل! : مندهش

السرعة القصوى للصاروخ محدودة بكمية الوقود التي يحملها وكمية الطاقة التي يمكن إنتاجها ونقلها إلى الوقود الدافع قبل استنفاد المادة الدافعة. تعتبر الطاقة المحددة أو القوة المحددة شخصية جيدة لجدارة أنظمة الدفع.

يجب على المرء أيضا النظر في الهدف. إذا كانت مجرد مركبة فضائية استكشافية ، فيمكن إنفاق الجزء الأكبر من الدافع للوصول إلى السرعة - بدون تباطؤ عند استنفاد الوقود بالكامل ، أي في اتجاه واحد بدون وجهة دائمة. إذا كان المرء يخطط لوضع مركبة فضائية في المدار ، فإن الدافع والطاقة ضروريان للتباطؤ في المدار.

إذا خطط المرء لرحلة ذهابًا وإيابًا ، فيمكن للمرء استخدام مساعدة الجاذبية (بافتراض أن الهدف له كتلة كبيرة ، مثل كوكب) لإعادة توجيه المركبة الفضائية ، ولكن بعد ذلك يكون دافعًا وطاقة كافيين ضروريين للتباطؤ عند العودة من الأصل (ربما المدار الأرضي المنخفض أو المدار الأرضي المتوسط ).

تتطلب الرحلة ذهابًا وإيابًا إلى المريخ مع مدار المريخ طاقة ووقودًا دافعًا للإسراع من الأرض ، والتباطؤ في المدار ، والإسراع خارج مدار المريخ ، والتباطؤ في مدار الأرض - مع مقدار التسارع والتباطؤ اعتمادًا على السرعة التي يرغب المرء في السفر بها. .

لدي فكرة مزعجة في مؤخرة رأسي. لنفترض أننا نبني مفاعلات اندماجية وجميع الأنظمة التي تتماشى معها لدفع المركبة الفضائية عبر الفضاء إلى هدفها. كيف نحدد & quot؛ نبدأ & quot؛ تفاعل الانصهار؟ القليل من المادة المضادة سيفي بالغرض ، لكن هل ستنجح؟

ألن يكون من العملي أكثر استخدام مسدس سكة حديد عملاق على سطح القمر بطول ميل واحد أو نحو ذلك واستخدم بندقية السكك الحديدية لإطلاق أقمار صناعية غير مأهولة في أي مكان في النظام الشمسي.

ما نوع السرعات التي يمكن أن نتوقعها من http://science.howstuffworks.com/rail-gun.htm" ميل واحد ومكثفات بحجم الفنادق لإطلاقها.

أحتاج إلى المعلم لهذا.

إذا تمكنا من تصغير http://cua.mit.edu/ketterle_group/Projects_1997/atomlaser_97/atomlaser_comm.html" [Broken] الذي يخرج الذرات وكل Atom LASER تم تحجيمه بتقنية Nano تظهر الملايين من Atom Streams في شكل حزمة شعاع متماسكة ، فهل سينجح شيء مثل هذا إذا كانت التكنولوجيا موجودة كلها؟

من المفترض أن يتطلب نظام الدفع القائم على الاندماج نظام طاقة إضافيًا ، تمامًا مثل الطائرات التجارية التي تحتوي على وحدات Aux Power في ذيولها ، وتستخدم المولدات المحمولة عند وقوفها على الأرض. في المستقبل ، قد تغادر المركبة الفضائية من محطة فضائية أو منشأة إرساء - والتي يمكن أن تكون طاقة بواسطة أنظمة شمسية.

قد يحتاج المرء إلى الكثير من ليزر الذرة. الملايين أو حتى المليارات من الذرات ليس كثيرًا. ضع في اعتبارك أن المادة الصلبة لها كثافة 10 22 ذرة / سم مكعب أو الغازات في STP لها كثافة ذرية / جزيئية تبلغ حوالي 10 19 (ذرة أو جزيئات) / سم مكعب ، والبلازما الاندماجية لها كثافة 10 14 أيون / سم مكعب ، ثم يرى المرء أن المرء سيحتاج إلى عدة آلاف من الليزرات الذرية من 10 إلى 100 ليبدأ في الاقتراب من بعض الجدوى. ثم يجب على المرء أن يبتكر طريقة (عملية) لتشغيل العشرات أو المائة من آلاف الليزر الذري.

بالعودة إلى الاندماج ، يجب على المرء أن يدرك أن هناك عددًا قليلاً من التفاعلات غير الآلية العملية ، والتي تتضمن نوى مثل D (deuterons) ، و He-3 ، وعناصر أثقل. هذا يعني أيضًا الخسائر بسبب زيادة brehmsstrahlung. أيضًا ، بالنسبة إلى النوى ذات الشحنة النووية الأكبر ، يجب زيادة درجة الحرارة ، وبالنسبة لنظام الضغط المحدود ، يجب تقليل كثافة الأيونات.

الاندماج المعتمد على DT ، وهو أحد أسهل التفاعلات ، يفقد حوالي 80٪ من الطاقة لتسريع (14.1 MeV) من النيوترونات ، مع حوالي 20٪ من الطاقة تذهب إلى 3.5 MeV من جسيمات ألفا ، ويجب استخدام بعض هذه الطاقة للتعويض لا يفقد brehmstrahlung ، ولكن أيضًا الخسائر بسبب إشعاع السيكلوترون. مع التفاعلات النيوترونية ، يلزم توفير حماية ضخمة من الإشعاع.

أخيرًا ، تتطلب مفاعلات الاندماج هياكل ضخمة لدعم المغناطيسات فائقة التوصيل التي توفر المجال المغناطيسي الذي يحصر البلازما. يجب أن يتحمل الهيكل ضغط البلازما المحصورة - لذلك يجب أن تكون عالية القوة. ثم هناك نظام التبريد وأنظمة تخزين وتوصيل الوقود الدافع. كل هذا يضيف إلى كتلة كبيرة. وأنظمة الاندماج العملية للطاقة الكهربائية لم يتم تحسينها بعد.

قد يحتاج المرء إلى الكثير من ليزر الذرة. الملايين أو حتى المليارات من الذرات ليس كثيرًا. ضع في اعتبارك أن المادة الصلبة لها كثافة 10 22 ذرة / سم مكعب أو الغازات في STP لها كثافة ذرية / جزيئية تبلغ حوالي 10 19 (ذرة أو جزيئات) / سم مكعب ، والبلازما الاندماجية لها كثافة 10 14 أيون / سم مكعب ، ثم يرى المرء أن المرء سيحتاج إلى عدة آلاف من الليزرات الذرية من 10 إلى 100 ليبدأ في الاقتراب من بعض الجدوى. ثم يجب على المرء أن يبتكر طريقة (عملية) لتشغيل العشرات أو المائة من آلاف الليزر الذري.

بالعودة إلى الاندماج ، يجب على المرء أن يدرك أن هناك عددًا قليلاً من التفاعلات غير الآلية العملية ، والتي تتضمن نوى مثل D (deuterons) ، و He-3 ، وعناصر أثقل. هذا يعني أيضًا الخسائر بسبب زيادة brehmsstrahlung. أيضًا ، بالنسبة إلى النوى ذات الشحنة النووية الأكبر ، يجب زيادة درجة الحرارة ، وبالنسبة لنظام الضغط المحدود ، يجب تقليل كثافة الأيونات.

الاندماج المعتمد على DT ، وهو أحد أسهل التفاعلات ، يفقد حوالي 80٪ من الطاقة لتسريع (14.1 MeV) من النيوترونات ، مع حوالي 20٪ من الطاقة تذهب إلى 3.5 MeV من جسيمات ألفا ، ويجب استخدام بعض هذه الطاقة للتعويض لا يفقد brehmstrahlung ، ولكن أيضًا الخسائر بسبب إشعاع السيكلوترون. مع التفاعلات النيوترونية ، يلزم توفير حماية ضخمة من الإشعاع.

أخيرًا ، تتطلب مفاعلات الاندماج هياكل ضخمة لدعم المغناطيسات فائقة التوصيل التي توفر المجال المغناطيسي الذي يحصر البلازما. يجب أن يتحمل الهيكل ضغط البلازما المحصورة - لذلك يجب أن تكون عالية القوة. ثم هناك نظام التبريد وأنظمة تخزين وتوصيل الوقود الدافع. كل هذا يضيف إلى كتلة كبيرة. وأنظمة الاندماج العملية للطاقة الكهربائية لم يتم تحسينها بعد.

هل توجد أي بيانات حول مدى سرعة انتقال الذرات في شعاع الذرة في الثانية الواحدة من Atom LASER؟

ربما يمكن للتكنولوجيا الدقيقة أن تنتج بكميات كبيرة رقائق Atom LASER الخاصة التي يمكن تعديلها بأي شكل من الأشكال ، لقد رأيت بعض الأشياء المدهشة التي يتم إجراؤها داخل الرقائق الدقيقة ، ولا ينبغي أن يكون من الصعب عليهم استخدام معدات التكنولوجيا الدقيقة والهندسة وقدرتهم على إعادة تكييف تنسيقهم الهندسي خاصة في صناعات Micro LASER Tech.

يمكنني أن أتخيل تقريبًا شعاعًا ضخمًا متماسكًا من الذرات التي هي في الواقع مصفوفات تعمل معًا كشعاع واحد يبدو أنه كتلة ضخمة من الدفع المتماسك.

نأمل في يوم من الأيام أن يتمكنوا من الجلوس وتصميم المحرك الفضائي عالي الطاقة عالي الطاقة ذو الذرات العالية السرعة الأكثر تطوراً على نطاق أوسع وتسميته محرك النجوم الذي تم تطويره من أجل Mythical Pheonix Bird. بمعنى آخر. مركبة الفضاء للمستقبل.

اضطررت إلى إلقاء الأسطورة هناك من أجل التشكيك.

التشابه مع الانبعاث التلقائي في الليزر الضوئي هو التشتت المرن للذرات (الاصطدامات المماثلة لتلك بين كرات البلياردو). في الليزر ، يتسبب الانبعاث المحفز للفوتونات في تراكم مجال الإشعاع في وضع واحد. في الليزر الذري ، فإن وجود أ مكثف بوز-آينشتاين (الذرات التي تشغل & quotsingle mode & quot من النظام ، وهي أقل حالة طاقة) تسبب تشتتًا محفزًا بواسطة الذرات في هذا الوضع. بتعبير أدق ، فإن وجود متكثف يحتوي على ذرات N يعزز احتمال تشتت الذرة في المكثف بواسطة N + 1.

في الغاز الطبيعي ، تنتشر الذرات بين العديد من أنماط النظام. ولكن عندما تكون درجة الحرارة الحرجة ل تم الوصول إلى تكثيف بوز-آينشتاين ، حيث تنتشر في الغالب في أدنى حالة طاقة في النظام، واحد من عدد لا يحصى من الحالات الكمومية الممكنة. هذه العملية المفاجئة تشبه إلى حد بعيد عتبة تشغيل الليزر ، عندما يتم تشغيل الليزر فجأة مع زيادة إمداد الذرات المشعة.

في ليزر الذرة يتم إجراء & quotexcitation & quot للوسيط النشط & quot عن طريق التبريد التبخيري - تخلق عملية التبخر سحابة ليست في حالة توازن حراري وتسترخي في درجات حرارة أكثر برودة. ينتج عن هذا نمو المكثف. بعد الموازنة ، يكون صافي وحصة ومثل الليزر الذري صفراً ، أي أن جزء المكثف يظل ثابتًا حتى يتم تطبيق مزيد من التبريد.

على عكس الليزر الضوئي ، الذي يشع أحيانًا في عدة أوضاع (أي عند عدة ترددات قريبة) ، يعمل ليزر موجة المادة دائمًا في وضع واحد. يتضمن تكوين مكثف بوز في الواقع & quot؛ منافسة & quot: الحالة المثارة الأولى لا يمكن ملؤها بالميكروسكوب لأن الحالة الأرضية & amp ؛ queats up all the pie & quot.

إخراج ليزر ذرة
ناتج الليزر الضوئي هو شعاع ضوئي موازٍ. بالنسبة لليزر الذري ، فهو شعاع من الذرات. يمكن أن يكون الليزر مستمرًا أو نابضًا - ولكن حتى الآن ، لم يتحقق الليزر الذري إلا في الوضع النبضي. ينتشر كل من الضوء والذرات وفقًا لمعادلة الموجة. يخضع الضوء لمعادلات ماكسويل ، ويتم وصف المادة بواسطة معادلة شرودينجر. يتوافق حد الانعراج في البصريات مع حد عدم اليقين لهايزنبرغ للذرات. في الحالة المثالية ، يصدر الليزر الذري حزمة محدودة من عدم اليقين من Heisenberg.


105 نجمنا الشمس

تلعب الشمس ، نجمنا المركزي في النظام الشمسي ، دورًا رئيسيًا في الحياة على الأرض. تقترب الشمس بحوالي 300 ألف مرة من أقرب نجم تالي ، بروكسيما سنتوري. يستغرق الضوء حوالي 8.3 دقيقة للانتقال من الشمس إلى الأرض بينما يستغرق الضوء من Proxima Centauri أكثر من أربع سنوات. من حيث الحجم ودرجة الحرارة ، تعتبر الشمس نجمة "متوسطة" في أحسن الأحوال. تمر الشمس بتغيرات ثابتة: ناتج الطاقة ، والسطوع ، والحجم ، وكلها تؤثر على الأرض.

تسمح دراسة الشمس وكيفية عملها لعلماء الفلك بفهم النجوم الأخرى. تسمى هذه الدراسة لكيفية عمل النجوم الفيزياء الفلكية . نحن ندرس الشمس على وجه التحديد انصهار عملية.

الشمس فوتوسفير يهتز مثل تموجات على بركة. هذا بسبب أن الشمس تنتج موجات صوتية عبر الغازات. تنبعث الموجات والتموجات الصوتية من داخل الشمس بترددات منخفضة للغاية في أعماق الشمس وترددات أعلى قريبة من سطح الشمس. تسمح دراسة هذه التموجات والموجات الصوتية لعلماء الفلك بفحص باطن الشمس.

يمكن رؤية الشمس في الضوء الأبيض من خلال تلسكوب صغير. لاحظ البقع الشمسية في المجموعة الكبيرة بالقرب من المركز.CC BY-SA 3.0 | الصورة بإذن من ويكيميديا ​​المؤلف: SiriusB.


100000 مجرة ​​، ولا توجد علامات واضحة على الحياة

أرسل لنا ، سكوتي. لا توجد دلائل على وجود حياة ذكية هناك. على الأقل لا بديهي علامات ، وفقًا لمسح حديث أجراه باحثون في جامعة ولاية بنسلفانيا. بعد مراجعة البيانات التي تم الحصول عليها بواسطة تلسكوب الفضاء واسع النطاق التابع لناسا (WISE) والذي يضم أكثر من 100000 مجرة ​​، يبدو أن هناك القليل من الأدلة على وجود حضارات متقدمة ترتاد الفضاء في أي منها.

تم نشر مهمة WISE لأول مرة في عام 2009 ، وتمكنت من تحديد آلاف الكويكبات في نظامنا الشمسي ومجموعات النجوم غير المكتشفة سابقًا في مجرتنا. However, Jason T. Wright, an assistant professor of astronomy and astrophysics at the Center for Exoplanets and Habitable Worlds at Penn State University, conceived of and initiated a new field of research – using the infrared data to assist in the search for signs of extra-terrestrial civilizations.

And while their first look did not yield much in the way of results, it is an exciting new area of research and provides some very useful information on one of the greatest questions ever asked: are we alone in the universe?

“The idea behind our research is that, if an entire galaxy had been colonized by an advanced spacefaring civilization, the energy produced by that civilization’s technologies would be detectable in mid-infrared wavelengths,” said Wright, “exactly the radiation that the WISE satellite was designed to detect for other astronomical purposes.”

This logic is in keeping with the theories of Russian astronomer Nikolai Kardashev and theoretical physicist Freeman Dyson. In 1964, Kardashev proposed that a civilization’s level of technological advancement could be measured based on the amount of energy that civilization is able to utilize.

Freemon Dyson theorized that eventually, a civilization would be able to enclose its star with a megastructure that would to capture and utilize its energy. Credit: sentientdevelopments.com

To characterize the level of extra-terrestrial development, Kardashev developed a three category system – Type I, II, and III civilizations – known as the “Kardashev Scale”. A Type I civilization uses all available resources on its home planet, while a Type II is able to harness all the energy of its star. Type III civilizations are those that are advanced enough to harness the energy of their entire galaxy.

Similarly, Dyson proposed in 1960 that advanced alien civilizations beyond Earth could be detected by the telltale evidence of their mid-infrared emissions. Believing that a sufficiently advanced civilization would be able to enclose their parent star, he believed it would be possible to search for extraterrestrials by looking for large objects radiating in the infrared range of the electromagnetic spectrum.

These thoughts were expressed in a short paper submitted to the journal علم, entitled “Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation“. In it, Dyson proposed that an advanced species would use artificial structures – now referred to as “Dyson Spheres” (though he used the term “shell” in his paper) – to intercept electromagnetic radiation with wavelengths from visible light downwards and radiating waste heat outwards as infrared radiation.

“Whether an advanced spacefaring civilization uses the large amounts of energy from its galaxy’s stars to power computers, space flight, communication, or something we can’t yet imagine, fundamental thermodynamics tells us that this energy must be radiated away as heat in the mid-infrared wavelengths,” said Wright. “This same basic physics causes your computer to radiate heat while it is turned on.”

The Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) scans the entire sky in infrared light, picking up the glow of hundreds of millions of objects and producing millions of images. الائتمان: NASA / JPL-Caltech

However, it was not until space-based telescopes like WISE were deployed that it became possible to make sensitive measurements of this radiation. WISE is one of three infrared missions currently in space, the other two being NASA’s Spitzer Space Telescope and the Herschel Space Observatory – a European Space Agency mission with important NASA participation.

WISE is different from these missions in that it surveys the entire sky and is designed to cast a net wide enough to catch all sorts of previously unseen cosmic interests. And there are few things more interesting than the prospect of advanced alien civilizations!

To search for them, Roger Griffith – a postbaccalaureate researcher at Penn State and the lead author of the paper – and colleagues scoured the entries in the WISE satellites database looking for evidence of a galaxy that was emitting too much mid-infrared radiation. He and his team then individually examined and categorized 100,000 of the most promising galaxy images.

And while they didn’t find any obvious signs of a Type II civilization or Dyson Spheres in any of them, they did find around 50 candidates that showed unusually high levels of mid-infrared radiation. The next step will be to confirm whether or not these signs are due to natural astronomical processes, or could be an indication of a highly advanced civilization tapping their parent star for energy.

WISE will take images of the most luminous galaxies in the universe, such as the “Cigar” galaxy shown here – taken by NASA’s Spitzer Space Telescope. Credit: NASA/JPL-Caltech/Steward Observatory

In any case, the team’s findings were quite interesting and broke new ground in what is sure to be an ongoing area of research. The only previous study, according to the G-HAT team, surveyed only about 100 galaxies, and was unable to examine them in the infrared to see how much heat they emitted. What’s more, the research may help shed some light on the burning questions about the very existence of intelligent, extra-terrestrial life in our universe.

“Our results mean that, out of the 100,000 galaxies that WISE could see in sufficient detail, none of them is widely populated by an alien civilization using most of the starlight in its galaxy for its own purposes,” said Wright. “That’s interesting because these galaxies are billions of years old, which should have been plenty of time for them to have been filled with alien civilizations, if they exist. Either they don’t exist, or they don’t yet use enough energy for us to recognize them.”

Alas, it seems we are no closer to resolving the Fermi Paradox. But for the first time, it seems that investigations into the matter are moving beyond theoretical arguments. And given time, and further refinements in our detection methods, who knows what we might find lurking out there? The universe is very, very big place, after all.

The research team’s first research paper about their Glimpsing Heat from Alien Technologies Survey (G-HAT) survey appeared in the Astrophysical Journal Supplement Series on April 15, 2015.


Star in a Box


Star in a Box is an interactive webapp which animates stars with different starting masses as they change during their lives. Some stars live fast-paced, dramatic lives, others change very little for billions of years. The webapp created by Las Cumbres Observatory and Cardiff University astronomers (with funding support from a public engagement grant from STFC and the National Science Academy of Wales), allows students to visualize the changes in mass, size, brightness and temperature of stars for all these different stages.

Resources for Lessons Based on Star in a Box

Here we provide some materials for teachers directly linked to the Lifecycle of Stars topic, to use Star in a Box in the classroom including powerpoint files, worksheets and cover sheets for Schemes of Work. These materials have been created with local teachers (with thanks to undergraduate student Megan Davies) to link directly to the curriculum.

KS3/GCSE resources

A Level resources

Excel files

The files below allow the Star in a Box data to be studied and analysed in Microsoft Excel.

There are two student versions, both of which require the students to plot the graphs (instructions are provided within the files). One has additional columns of data already present, for the purposes of studying the Stephan-Boltzmann Law and energy conversion rate, while the other will require the students to calculate the variables (instructions provided). The teacher version has the graphs plotted.

Logger Pro files

The files below contain the data from the simulations used in “Star in a Box”, which can be used as an alternative to analysis in Microsoft Excel. They will open in Logger Pro, commercial software which is freely available to schools which participate in the Inspiring Science Education project. Using Logger Pro, students can easily plot graphs, calculate additional values, analyse the data, and conduct their own investigations.

There are two student versions, both of which require the students to plot the graphs (instructions are provided within the files). One has additional columns of data already present, for the purposes of studying the Stephan-Boltzmann Law and energy conversion rate, while the other will require the students to calculate the variables (instructions provided). The teacher version has the graphs plotted

Curriculum links

AQA GCSE Physics P2.6.2 Nuclear Fusion
Edexcel GCSE Physics P7.4 The Sun, the stars and their surroundings
OCR GCSE Physics A P1 Topic 3 Waves and the Universe
OCR GCSE Physics B P2h The Big Bang
WJEC GCSE Physics Physics 3.5 Origin of the Chemical Elements
AQA A Level Physics A Unit 5
Unit 5A
Module 3.5.2 Nuclear Energy
Module A.1.3 Classification of Stars
AQA A Level Physics B Unit 1
Unit 5
Module 3.1.2 From Quarks to Quasars
Module 3.5.3 Energy from the nucleus
Edexcel A Level Physics Unit 5 Module 5.6 Astrophysics and Cosmology
OCR A Level Phyics Unit G485 Module 5.3.4 Nuclear fission and fusion
Module 5.5.1 Structure of the Universe
WJEC A Level Physics Unit PH2 Module 2.5 Using Radiation to Investigate Stars

Other resources

There are additional resources on the LCO Star in a Box page, including a summary and walkthrough of the session.

Star in a Box is also available on astroEDU: Gomez, E., 2013, Star in a Box: High School, astroEDU, 1302 (doi:10.14586/astroedu.1302)


Title: The role of fission on neutron star mergers and its impact on the r-process peaks

The comparison between observational abundance features and those obtained from nucleosynthesis predictions of stellar evolution and/or explosion simulations can scrutinize two aspects: (a) the conditions in the astrophysical production site and (b) the quality of the nuclear physics input utilized. Here we test the abundance features of r-process nucleosynthesis calculations using four different fission fragment distribution models. Furthermore, we explore the origin of a shift in the third r-process peak position in comparison with the solar r-process abundances which has been noticed in a number of merger nucleosynthesis predictions. We show that this shift occurs during the r-process freeze-out when neutron captures and β-decays compete and an (n,γ)-(γ,n) equilibrium is not maintained anymore. During this phase neutrons originate mainly from fission of material above A = 240. We also investigate the role of β-decay half-lives from recent theoretical advances, which lead either to a smaller amount of fissioning nuclei during freeze-out or a faster (and thus earlier) release of fission neutrons, which can (partially) prevent this shift and has an impact on the second and rare-earth peak as well.


Priorities in Space Science Enabled by Nuclear Power and Propulsion (2006)

SCIENTIFIC AND PROGRAMMATIC CONTEXT

The Goals of Astronomy and Astrophysics

How did the universe begin and evolve? How did we get here? Where are we going? Are we alone? The big questions of astronomy and the majesty of the universe capture the imagination of the public and excite young people&rsquos interest in science and technology. The public&rsquos enthusiasm for the images returned by the Hubble Space Telescope and people&rsquos perennial interest in black holes and cosmology are just two examples.

The fundamental goal of astronomy and astrophysics is to understand how the universe and all its constituents formed, how they evolved, and what their destiny will be. To determine the optimum strategy for addressing these big questions, the astronomy and astrophysics community initiated the fifth of its so-called decadal surveys in 1999. 1 The results of the survey committee&rsquos deliberations, published in 2001 as Astronomy and Astrophysics in the New Millennium (hereafter the AAp decadal survey), advised that astronomers do the following: 2

Map the galaxies, gas, and dark matter and dark energy in the universe as these evolve through cosmic time, and survey the gas, stars, and planets in the galaxy

Use the universe as a unique laboratory for probing the laws of physics in regimes not accessible on Earth, such as the very early universe or near the event horizon of a black hole

Search for life beyond Earth, and if it is found, determine its nature and distribution in the Milky Way galaxy and

Develop a conceptual framework that accounts for all that astronomers have observed.

The AAp decadal survey concluded that the key problems for astronomers and astrophysicists to address in the coming decade were the following:

Determine the large-scale properties of the universe&mdashthe amount, distribution, and nature of its matter and energy its age and the history of its expansion

Study the dawn of the modern universe when the first stars and galaxies formed

Understand the formation and evolution of black holes of all sizes

Study the formation of stars and their planetary systems, and the birth and evolution of giant and terrestrial planets and

Understand how the astronomical environment affects Earth.

As discussed below, new discoveries since the publication of the AAp decadal survey motivated the development of a subsequent report on the interface between physics and astrophysics, Connecting Quarks with the Cosmos. 3

High-Priority Missions in the AAp Decadal Survey

To achieve the priority goals listed above, the AAp decadal survey selected as its highest priorities a number of ground- and space-based initiatives, grouped according to cost as major, moderate, and small. أ

The major space-based initiatives recommended are, in priority order, as follows:

Next Generation Space Telescope. A large telescope optimized for near-mid-infrared imaging and spectroscopy ب

Constellation-X. A suite of four x-ray telescopes optimized for high-throughput spectroscopic observations

Terrestrial Planet Finder (TPF). A telescope system intended to image faint planets orbiting nearby Sun-like stars ج و

Single Aperture Far Infrared Observatory. A large telescope designed to study the important but relatively unexplored spectral region between 30 and 300 microns (&mum).

The moderate space-based initiatives include, in priority order, the following:

Gamma-ray Large Area Space Telescope. A joint NASA-Department of Energy mission to study gamma rays with energies from 10 MeV to 300 GeV

Laser Interferometer Space Antenna. A gravitational wave detector sensitive to radiation in the 0.1- to 100-mHz band likely to be emitted by merging supermassive black holes and close binary stars

Solar Dynamics Observatory. A telescope to study the Sun&rsquos outer convection zone and the structure of the solar corona

Energetic X-ray Imaging Survey Telescope. An instrument designed to map the highly variable, hard x-ray sky and

Advanced Radio Interferometry between Space and Earth. An orbiting radio antenna designed to work in conjunction with ground-based radio arrays to provide high-resolution observations of active galactic nuclei.

In addition, the AAp decadal survey strongly encouraged the continued development of small space missions (e.g., sounding rockets, Explorer-class and Discovery-class principal investigator (PI)-led missions). These provide low-cost opportunities to test new ideas or to use groundbreaking new technologies, and also serve to give personnel experience in mission development and implementation.

Note that unlike the SSP and SSE surveys, the AAp decadal survey did not define strict cost limits for these categories.

Now being implemented as the James Webb Space Telescope.

Now being implemented as two different spacecraft: TPF-I, an interferometric array working at infrared wavelengths, and TPF-C, a coronagraph working at visible wavelengths.

Recent Scientific Developments

The two most startling observational discoveries of recent years in astronomy and astrophysics are as follows:

Super-massive black holes are present at the center of virtually all galaxies and

The familiar forms of matter (e.g., gas, stars, and planets) represent only about 4 percent of the mass-energy in the local universe, and most of the content of the universe is dark energy and dark matter.

Recent theoretical predictions have also motivated new experimental work. The two most notable predictions are the following:

Gravitational waves created during inflation when the universe was some 10 &minus37 s old can make a detectable signature in the polarization of the cosmic microwave background and may also be detectable directly and

&ldquoCosmic censorship&rdquo can be violated, and black holes can have &ldquoquantum hair.&rdquo Cosmic censorship is the widely held speculation, originally espoused by Roger Penrose, that a gravitational singularity is always shrouded by an event horizon so that it can never be seen by a distant observer. &ldquoQuantum hair&rdquo refers to possible deviations from the conventional view developed by Stephen Hawking and Roger Penrose that the only external clues to the nature of material swallowed up by a black hole are manifested in terms of changes to the hole&rsquos mass, angular momentum, and electric charge.

Some 26 percent of the mass-energy in the universe is in a mysterious &ldquodark&rdquo form of matter, which might be exotic fundamental particles as yet not known from accelerator experiments, or might be black holes or some as-yet-undreamed-of objects. In addition, some 70 percent of the mass-energy is in an even more mysterious constituent, the so-called dark energy, which has exotic properties such as a sound speed of nearly the speed of light and exerts a negative pressure that is pulling the universe apart.

The fact that 96 percent of the universe is in the form of matter of an unknown nature has convinced most astronomers that a new fundamental physics is needed to understand the universe. But these frontiers of physics&mdashgrand unified theories of particles and their interactions, string theory, quantum gravity&mdashhave proved to be difficult to test in the conditions accessible to ground-based experiments. Much greater extremes of energy and gravity are reached in astronomical objects such as supernovas and black holes, as well as in the early universe. Many physicists have thus become convinced that astronomical studies hold keys to the future development of fundamental physics.

The Interface Between Fundamental Physics and Astrophysics

Recognition of the increasing importance of the close interplay among astronomy, astrophysics, and fundamental physics led to the publication in 2003 of Connecting Quarks with the Cosmos, 4 a report that made recommendations and defined priorities for the field, informed by the developments since the release of the AAp decadal survey. The principal questions of interest identified were as follows:

What is the nature of dark energy?

How did the universe begin?

Did Einstein have the last word on gravity?

What are the masses of the neutrinos and how have they shaped the evolution of the universe?

How do cosmic accelerators work, and what are they accelerating?

What are the new states of matter at exceedingly high density and temperature?

Are there additional space-time dimensions?

How were the elements from iron to uranium made?

Is there a need for a new theory of matter and light at the highest energies?

Connecting Quarks with the Cosmos reaffirmed, with increased importance, two space missions&mdashthe Laser Interferometer Space Antenna (LISA) and Constellation-X&mdashalready listed as priorities of the AAp decadal survey. The report also recommended two new space-based missions that were not listed as priorities in the 2001 astronomy decadal survey:

A mission to measure the polarization of the cosmic microwave background radiation and

A wide-field optical imaging telescope in space to investigate the properties of the dark energy.

NASA&rsquos response to Connecting Quarks with the Cosmos was the 2003 Beyond Einstein roadmap. 5 The latter document, which remains of vital interest and importance to the astronomical and physics communities, 6 sought funding for LISA and Constellation-X (as facility-class missions) and for a line of moderate-cost Einstein Probes. The first three recommended Einstein Probes are as follows:

Dark Energy Probe. A wide-field optical imaging telescope in space

Inflation Probe. A mission to measure the polarization of the cosmic microwave background radiation and

Black Hole Probe. A mission to survey the universe for hidden black holes.

Programmatic Context

Access to space uniquely enables astronomers and astrophysicists to achieve many of the goals of the AAp decadal survey and Connecting Quarks with the Cosmos. There is a great diversity of objects in the universe. Many of the important objects reveal themselves only through particular types of radiation. To discover the interactions between these diverse objects, and to thus gain an understanding of the workings of the universe, requires the study of both bright and faint objects at many different wavebands. Using a wide range of different detectors of electromagnetic and gravitational radiation, astronomers seek the diverse objects hiding in the universe.

Astronomy is inextricably tied to observations made from space because most of this radiation is absorbed and blurred by Earth&rsquos atmosphere. X-rays, gamma rays, ultraviolet light, and most infrared radiation cannot penetrate Earth&rsquos atmosphere: space-based instruments are the only way to discover what constituents of the universe emit this radiation. The changing gravitational fields from moving bodies on Earth&rsquos surface make it impossible, on Earth, to discriminate gravitational waves with frequencies below 1 Hz. Thus, astronomers go to space to escape the atmosphere and the thermal, radiation, and seismic environment of Earth. With a very few exceptions discussed below, any space observatory close to but well separated from Earth (e.g., at the Sun-Earth L2 point, such as the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe [WMAP], or in an Earth-trailing, 1-AU orbit, such as the Spitzer Space Telescope) can perform as well as one located anywhere else in the solar system or beyond.

The Exploration Initiative

The implementation of NASA&rsquos new exploration initiative should, at first glance, have a positive impact on astronomy and astrophysics. The report of the Aldridge Commission, 7 charged to define a plan for implementing the initiative, proposes a notional science agenda that is consistent with the science goals outlined in NASA&rsquos Beyond Einstein roadmap. 8 Nevertheless, members of the astronomy and astrophysics community are concerned that current and future budgetary pressures will impact the implementation of the science priorities in the AAp decadal survey and in Connecting Quarks with the Cosmos. 9

Why a Diversity of Missions Is Needed

As indicated above, the diverse contents of the universe span a vast range of brightness and distance and emit an enormous diversity of radiation, only narrow bands of which can penetrate Earth&rsquos atmosphere. Other objects of interest may not be visible at all and can be studied only through detection of their gravitational radiation or their influence on the surrounding medium.

Many of the important scientific priorities in astronomy and astrophysics can be addressed most easily through small, low-cost, focused space missions. An excellent example is the tremendous success of WMAP in revolutionizing understanding of the early evolution of our universe. Other investigations require medium-sized, space-based facilities. Only the most wide-reaching scientific problems should require development of large observatory-class spacecraft such as the James Webb Space Telescope (JWST), LISA, or Constellation-X. Telescope and detector technologies evolve and improve rapidly, making small-scale testing of new paradigm-breaking instruments and techniques vital. The AAp decadal survey recognized that regular access to a variety of mission opportunities in many wavebands is essential to the health of astrophysical science, stating that &ldquoNASA should continue to encourage the development of a diverse range of mission sizes, including small, moderate, and major, to ensure the most effective returns from the U.S. space program.&rdquo 10

IMPLEMENTATION AND TECHNIQUES

Unlike explorers of Earth and the solar system, astronomers cannot get better views of the distant reaches of the universe by moving their space-based telescopes closer to the object under study. Nor can they determine the characteristics of extrasolar planets, for example, by actively probing them with high-powered instruments. Astronomical discoveries are made simply by pointing telescopes in the appropriate directions and then looking farther, longer, or with a better resolution than ever before. Astronomers using space-based instruments accomplish this by doing one or more of the following:

Building bigger and/or more telescopes. Space-based telescopes are limited by the size and mass that can be launched from Earth to Earth-escape, and also by the high cost of launch. The past few decades have not seen significant improvements in launch size, mass, or cost. If this trend continues, bigger telescopes will instead be enabled by technological advances in such areas as large lightweight mirrors and support structures, precision metrology and formation-flying capabilities, long-lifetime lasers, and in-space deployment and assembly.

Pushing the limits of detector technology until the laws of physics prevent further improvements. New, more sensitive detectors with more pixels and better time or spectral resolution, and improved cryogenic techniques to reduce local backgrounds, are often low-cost substitutes for bigger telescopes.

Designing detectors with wider fields of view to study more objects at once.

Astronomical observations typically involve passive, low-noise activities, which thrive with the least possible disturbance from local effects. For example, observatories seek to minimize the diffuse background of photons and cosmic rays, the thermal loading on the telescope from the Sun or Earth, and contamination of mirror surfaces. Similarly, most of the fundamental physics missions carried out so far have been either passive ranging experiments in near-Earth space (e.g., Lunar Laser Ranging and LAGEOS) or experiments on Earth-orbiting platforms (e.g., the Lambda Point and Confined Helium experiments, and Gravity Probe B).

These shared characteristics imply that the potential benefits of large nuclear power sources and propulsion systems are less apparent for astrophysics and fundamental physics missions than for planetary exploration. The following sections explore some relevant considerations and discuss some potential niche applications of nuclear systems.

Propulsion

Astrophysics and fundamental physics missions make very light demands on propulsion systems once the missions reach their observing orbits. It is possible, however, to conceive of a few very specific applications in which nuclear propulsion systems might allow researchers access to favorable observing locations that would otherwise be unattainable:

Generating long baselines between two or more telescopes. Among the various possibilities are the following:

Geometrical parallax. Telescopes separated by many tens to hundreds of AU can potentially improve the astronomical distance scale. (See &ldquoGeometrical Parallax Mapper&rdquo in the section &ldquoGenerating Very Long Baselines&rdquo in Chapter 8.)

Localizing gamma-ray bursts (GRBs). A very small and low-power GRB detector on an interstellar-probe type mission (see Chapter 4) would provide GRB positions with arc-second accuracy even if there were no afterglow. Although these detectors cannot operate near a fission reactor, they have operated successfully on spacecraft powered by radioisotope power systems (RPSs). (See &ldquoGamma-Ray Burst Locator&rdquo in the section &ldquoGenerating Very Long Baselines&rdquo in Chapter 8.)

Radio interferometry. Interferometers operating at long radio wavelengths require baselines of more than 1 AU to provide very high resolution observations. (See &ldquoLong-Baseline Radio Interferometer&rdquo in the section &ldquoGenerating Very Long Baselines&rdquo in Chapter 8.)

Microlensing parallax. Telescopes separated by distances of up to a few AU can be used to disentangle the effects of the tranverse-velocity and the mass of the lensing object. (See &ldquoMicrolensing Parallax Mapper&rdquo in the section &ldquoPermitting More Favorable Observing Locations: Accessing Special Alignments&rdquo in Chapter 8.)

Permitting observations from a more favorable location. To date, astronomers have made use of spacecraft in low and geosynchronous orbits about Earth (e.g., the Hubble Space Telescope and the International Ultraviolet Explorer, respectively), at the Sun-Earth L2 point (e.g., the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), and in 1-AU heliocentric orbits that gradually drift away from Earth (e.g., the Spitzer Space Telescope). But other locations can be more favorable in various ways, including the following:

Other locations can provide a lower diffuse background, rendering background-limited observations more sensitive, and can vastly reduce the level of uncertainty in cosmic background observations. Moving a telescope from 1 AU to between 3 and 5 AU from the Sun can reduce the background by a factor of up to 100. This improvement occurs only for optical through far-infrared wavelengths. For ultraviolet and shorter wavelengths, and for wavelengths of 100 &mum and longer, the foreground from interplanetary matter is less prominent. At these greater distances from the Sun, RPSs are certainly competitive in cost and weight with solar panels as a way to provide power. (See &ldquo5-AU Optical/Near-Infrared Observatory&rdquo in the section &ldquoPermitting More Favorable Observing Locations: Beyond 3 AU&rdquo in Chapter 8.)

They can enable the use of a cooler telescope. Cooler telescopes make infrared observations much more sensitive, extend the lifetime of cryostats, and make the job of cryocoolers much easier. Since the outer skin of the Spitzer Space Telescope is passively cooled to 35 K at 1 AU from the Sun, it is clear that careful attention to using sunshades may be a more economical approach to creating a cooler telescope. (See &ldquo5-AU Far-Infrared Observatory&rdquo in the section &ldquoPermitting More Favorable Observing Locations: Beyond 3 AU&rdquo in Chapter 8.)

They can provide an environment free of manmade radio-frequency interference. This is extremely important for low-frequency radio astronomy. A radio observatory on the farside of the Moon could well be an application for an RPS, since operation through a lunar night relying on solar cells and batteries will be quite difficult. (See &ldquoFarside Radio Observatory&rdquo in the section &ldquoPermitting More Favorable Observing Locations: The Moon and Moons of Mars&rdquo in Chapter 8.)

Accessing special alignments. By placing a telescope at carefully selected places in the solar system, it may be possible to make use of gravitational lensing to obtain ultrahigh-resolution images of extragalactic objects. Possibilities include the following:

Some of the lines connecting known active galactic nuclei (AGN) and known binary stars pass within tens of AU of the Sun. A telescope located on such a line could use the caustics from the binary star to undertake extremely high resolution observations of the AGN. (See &ldquoBinary-Star Gravitational Telescope&rdquo in the section &ldquoPermitting More Favorable Observing Locations: Accessing Special Alignments&rdquo in Chapter 8.)

The Sun itself can be used as a gravitational lens. The telescope would have to be located at least 550 AU from the Sun. Indeed, effective shielding against the light from the Sun would require placement at distances greater than 800 AU and very large occulting disks. (See &ldquoSolar Gravitational Telescope&rdquo in the section &ldquoPermitting More Favorable Observing Locations: Accessing Special Alignments&rdquo in Chapter 8.)


شاهد الفيديو: بسام جرار- تفسير- العلامات الكبرى ج6 -المهدي (شهر اكتوبر 2021).