Zgodba: Projekt Lucifer naj bi bil največja teorija zarote, pri kateri bi lahko NASA sodelovala. Ker je sonda kljub ozračju padla, je NASA upala, da bodo atmosferski pritiski ustvarili implozijo, ki bo povzročila jedrsko eksplozijo in s tem sprožila verižno reakcijo in plinskega velikana spremenila v drugo sonce Niso uspeli. Tako bodo v drugem poskusu čez dve leti spustili sondo Cassini (spet obremenjeno s plutonijem) globoko v Saturnovo atmosfero, tako da lahko ta manjši plinski velikan uspe, če Jupiter ne uspe ...
Realnost: Kot smo na kratko raziskali v Projekt Lucifer: Ali bo Cassini spremenil Saturn v drugo sonce? (1. del), preučili smo nekaj tehničnih težav, ki se skrivajo za Galileo in Cassini, ki se uporabljata za hitro jedrsko orožje. Iz več razlogov ne morejo ustvariti eksplozije, vendar so glavne točke: 1) Majhne kroglice plutonija, ki se uporabljajo za ogrevanje in napajanje sond, so v ločenih, odpornih na poškodbe jeklenke. 2) Pluton je ne Orožje, kar pomeni 238Pu, je zelo neučinkovito cepljivo gorivo. 3) Sonde bodo izgorele in se zlomile, torej onemogoči kakršna koli priložnost grud plutonija, ki tvorijo "kritično maso" (poleg tega ni možnosti, da bi plutonij lahko oblikoval konfiguracijo, da bi ustvaril napravo, ki sproži implozijo).
V redu, torej Galileo in Cassini ne more se uporablja kot surovo jedrsko orožje. Toda reci če je bila znotraj Saturna jedrska eksplozija? Ali lahko povzroči verižno reakcijo v jedru in ustvari drugo Sonce?
- Projekt Lucifer: Ali bo Cassini spremenil Saturn v drugo sonce? (1. del)
- Projekt Lucifer: Ali bo Cassini spremenil Saturn v drugo sonce? (2. del)
Termonuklearne bombe
Če se jedrska fuzija ne vzdržuje v zvezdnem telesu, se bo reakcija zelo hitro izpraznila. Projekt Lucifer predlaga, da bo Cassini potopil stotine kilometrov v ozračje Saturna in eksplodiral kot surova eksplozija cepitve s plutonijem. Ta eksplozija bo povzročila verižno reakcijo in ustvarila dovolj energije, da sproži jedrsko fuzijo znotraj plinskega velikana.
Vidim, od kod prihaja ta ideja, čeprav je netočna. Fuzijska bomba (ali "termonuklearno orožje") uporablja sprožilec cepitve, da sproži nenadzorovano fuzijsko reakcijo. Sprožilec cepitve je zasnovan tako, da eksplodira kot običajna cepljiva bomba, podobno kot naprava za implozijo, opisana v 1. delu te serije. Ob eksploziji nastanejo ogromne količine energijskih rentgenskih žarkov, ki segrevajo material, ki obdaja fuzijsko gorivo (na primer litijev deuterid), kar povzroči fazni prehod v plazmo. Ker zelo vroča plazma obdaja litijev deuterid (v a zelo omejeno in pritisnjeno okolje) gorivo bo ustvarilo tritij, težek vodikov izotop. Tritij nato podvrže jedrsko fuzijo in sprosti ogromne količine energije, ko tritijeva jedra silijo skupaj, premagajo elektrostatične sile med jedri in se zlivajo. Fuzija sprošča velike količine vezavne energije, bolj kot cepitev.
Kako deluje zvezda?
Pri tem je treba poudariti, da je v termonuklearni napravi zlitje mogoče doseči le, če dosežemo ogromne temperature v zelo omejenem in tlačnem okolju. Še več, v primeru fuzijske bombe je ta reakcija nenadzorovana.
Kako torej v zvezdi (kot je naše Sonce) potekajo reakcije jedrske fuzije? V zgornjem primeru termonuklearne bombe je zlitje tricija doseženo skozi vztrajnostna zaprtost (tj. hiter, vroč in energijski pritisk na gorivo, da povzroči zlitje), v primeru zvezde pa je potreben trajen način zadrževanja. Gravitacijska zaprtost je potreben, da se v jedru pojavijo reakcije jedrske fuzije. Za velike gravitacijske omejitve zvezda zahteva minimalno maso.
V jedru našega Sonca (in večine drugih zvezd, manjših od našega Sonca) se jedrska fuzija doseže s pomočjo protonsko-protonska veriga (na spodnji sliki). To je mehanizem gorenja vodika, kjer nastaja helij. Dva protona (vodikova jedra) se združita po premagovanju zelo odbojne elektrostatične sile. To je mogoče doseči le, če ima zvezdno telo dovolj veliko maso, ki povečuje gravitacijsko zadrževanje v jedru. Ko se protoni združijo, tvorijo devterij (2D), proizvaja pozitrona (hitro se uniči z elektronom) in nevtrino. Jedro devterija se lahko nato kombinira z drugim protonom in tako ustvari lahek izolij helija (3On). Rezultat te reakcije ustvarja gama žarke, ki ohranjajo stabilnost in visoko temperaturo jedra zvezde (v primeru Sonca jedro doseže temperaturo 15 milijonov Kelvinov).
Kot je bilo razloženo v prejšnjem članku vesoljskega časopisa, obstaja vrsta planetarnih teles pod pragom, da postanejo zvezda (in ne morejo vzdržati protonske-protonske fuzije). Most med največjimi planeti (t.i. plinskim velikanom, kot sta Jupiter in Saturn) in najmanjšimi zvezdami je znan kot rjavi pritlikavci. Rjavi palčki so manjši od 0,08 sončne mase in reakcije jedrske fuzije se nikoli niso prijele (čeprav so lahko pri večjih rjanih palčkih kratek čas fuzije vodika v svojih jedrih). Njihova jedra imajo tlak 105 milijon atmosfer s temperaturami pod 3 milijone Kelvinov. Upoštevajte, da so tudi najmanjši rjavi pritlikavci približno 10-krat bolj masivni kot Jupiter (največji rjavi palčki so približno 80-krat večji od mase Jupitra). Torej, za celo majhno možnost, da bi se pojavila protonsko-protonska veriga, potrebujemo velikega rjavega pritlikavca, vsaj 80-krat večjega od Jupitra (več kot 240 Saturnovih mas), da bi celo upali ohraniti gravitacijsko zaprtost.
Ni možnosti, da bi Saturn zdržal jedrsko fuzijo?
Oprosti, ne. Saturn je preprosto premajhen.
Domneva, da bi jedrska (cepljiva) bomba, ki je eksplodirala znotraj Saturna, lahko ustvarila pogoje za verižno reakcijo jedrske fuzije (kot je protonska-protonska veriga), spet v področjih znanstvene fantastike. Celo večji plinski velikan Jupiter je preveč sposoben za združevanje.
Videla sem tudi argumente, ki trdijo, da Saturn sestavljajo enaki plini kot naše Sonce (tj. Vodik in helij), torej bežna verižna reakcija je možno je, da je vse, kar je potrebno, hitro vbrizgavanje energije. Vendar je vodik, ki ga najdemo v Saturnovi atmosferi diatomski molekulski vodik (H)2), ne pa prosta vodikova jedra (visokoenergetski protoni), kot jih najdemo v Sončevem jedru. In ja, H2 je zelo vnetljiv (navsezadnje je bil odgovoren za zloglasno nesrečo letala Hindenburg leta 1937), vendar le v mešanici z veliko količino kisika, klora ali fluora. Žal Saturn ne vsebuje pomembnih količin katerega koli od teh plinov.
Zaključek
Čeprav je projekt Lucifer zabaven, je produkt nečije živahne domišljije. 1. del projekta "Projekt Lucifer: Ali bo Cassini pretvoril Saturn v drugo sonce?" predstavil zaroto in se osredotočil na nekatere splošne vidike, zakaj je sonda Galileo leta 2003 preprosto izgorela v atmosferi Jupitra in tako raztresela majhne kroglice plutonija-238. "Črna točka", kot so jo odkrili naslednji mesec, je bila preprosto ena izmed mnogih dinamičnih in kratkotrajnih neviht, ki so se pogosto razvile na planetu.
Ta članek je šel še korak dlje in prezrl dejstvo, da je bilo Cassiniju nemogoče postati medplanetarno atomsko orožje. Kaj če tam je bil jedrska eksplozija znotraj Saturnove atmosfere? No, izgleda, da bi bila to precej dolgočasna zadeva. Upam si reči, da bi se lahko ustvarilo nekaj živahnih električnih neviht, vendar od Zemlje ne bi videli veliko. Kar zadeva karkoli bolj zloveščega dogajanja, je zelo malo verjetno, da bi prišlo do trajne škode na planetu. Zagotovo ne bi prišlo do fuzijske reakcije, saj je Saturn premajhen in vsebuje vse napačne pline.
No, Saturn bo moral ostati takšen, kot je, prstani in vse. Ko bo Cassini čez dve leti končal svoje poslanstvo, se lahko veselimo znanosti, ki si jo bomo nabrali iz tako neverjetnega in zgodovinskega prizadevanja, namesto da bi se bali nemogočega ...
Posodobitev (7. avgust): Kot poudarjajo nekateri bralci spodaj, molekularni vodik v resnici ni bil vzrok katastrofe na zračni ladji Hindenburg, je eksplozija, vodik in kisik morda sprožila barva na osnovi aluminija gorivo ogenj.
