"Gezici Dünya" daki bilimsel gizemler
Gerçekte, "dünyayı dolaşmak" gerçekten mümkün mü? Jüpiter'e yaklaşmanın tehlikeli olduğunu bilerek, dünya neden bu tarafa gidiyor?
Her türlü soru ve düşünceyle, gelin telafi edip bilimin gizemine birlikte yürüyelim!
"Helyum parlaması" olgusu nedir?
Güneş doğacak mı?
Yıldızların evrimi açısından güneşin söneceği bir gün olacak ama 5 milyar yıl sonra olacak. Basitçe ifade edersek, güneşin çekirdeğindeki hidrojen yandığında, oluşan helyum elementi yerçekimi etkisiyle çöker, açığa çıkan enerji sıcaklığı daha da yükseltir, hidrojen kabuğunu çekirdek etrafında tutuşturur ve ardından güneş hızla genişler ve kırmızı olur. Süperstar.
Güneşin evrimi tarafından üretilen kırmızı dev yıldızların çok büyük olduğu ve dünyanın yörüngesine kadar genişleyebileceği teorize edildi. Bu şekilde Merkür, Venüs ve yeryüzü yavaş yavaş güneşe düşecek ve yok olacak. Aslında, güneş dünyayı yutmadan çok önce, yeryüzündeki okyanuslar genişleyen kırmızı dev yıldızlar tarafından kurutuldu ve yaşam sona erdi.
Efsane: Güneşin doğumdan kırmızı bir deve genişleme süreci.
Yıldızların evriminin sonunda güneşin kütlesinin 0,5 ila 2 katı arasında bir kütle ile helyum parlamaları meydana gelir. Çekirdekteki hidrojen yandığında, oluşan helyum çekirdekte birikir ve helyum birikmeye ve kendini sıkıştırmaya devam eder ve yoğunluk belirli bir dereceye kadar artarak "dejenere bir durum" oluşturur. Yozlaşmış durumdaki madde dejenere basınca bağlıdır (bir kuantum mekaniği Etkisi) termal basınca dayanmak yerine kendi yerçekimini desteklemek için. Çekirdekte helyumun kendi kendine sıkışması sıcaklığı da artıracaktır.Ancak, dejenere maddenin tuhaf bir özelliği vardır: sıcaklıktaki artış termal olarak genişlemesine neden olmaz ve ısıyı ve dejenere madde emmez. Isı iletkenliği çok iyidir.Sıcaklık 100 milyon dereceye çıktığında helyum buna dayanamaz ve şiddetli termonükleer yanma meydana gelir, bu da çekirdek helyumun% 6'sını sadece birkaç dakika içinde karbona dönüştürür. Güneş kütlesine sahip yıldızlar için, helyum flaşının açığa çıkardığı enerji 30 milyon yıl güneşi yakmaya eşdeğerdir.
Ancak hesaplamalara göre, böylesine büyük bir enerjinin kırmızı devin görünümü üzerinde herhangi bir gözlemlenebilir etkisi olmayacaktır, çünkü bu enerji salımı yıldızın derinliklerinde meydana gelir ve devasa enerji salımı, termal basıncın dejenere basıncı ve çekirdek maddeyi aşmasına neden olur. Dejenere durumdan genişleyerek, enerjinin çoğu çekirdek malzemenin genişlemesini sağlamak için tüketilir ve enerjinin kalan küçük kısmı kalın kabuk tarafından emilir. Aslında filmde görülen dramatik sahne olmuyor.
Helyum parlaması sürecinin kısa bir özeti: Hidrojenin yanmasıyla oluşan helyum maddesi güneşin çekirdeğinde birikir. Giderek daha fazla madde çekirdekte olur ve sonra büzülür ve sıcaklık yükselir, ancak çekirdek madde dejenere bir durumdadır ve sıcaklıktaki artış gerçekleşmez. Otomatik olarak küçülmeyi durdurursa, sıcaklık yükselir ve yükselir. 100 milyon derecelik eşik aşıldığında şiddetli bir patlayıcı helyum yanması meydana gelir ve bu yanıcı helyumu birkaç dakika içinde karbona çevirir. Ancak helyum flaşının açığa çıkardığı enerji güneş tarafından emilir ve içeride neler olduğunu görmek zordur.
Güneşin 0,5 katından daha küçük kütleli yıldızlar helyum parlaması üretemezken, güneşin 2 katından daha büyük kütleli yıldızlar helyum parlamaları olmaksızın kararlı ve yumuşak helyum yanmasına sahiptir. Orion'daki ünlü "Betelgeuse", güneşin 10 katı kütleye sahip kırmızı bir devdir ve çekirdek, helyumun karbona düzgün bir şekilde yanması sürecinden geçmektedir. Bir yıldızın evrimi için kütle hemen hemen her şeydir ve elbette metalik bolluğu da dikkate alınmalıdır.
Efsane: Orion'un omuzlarında bulunan Betelgeuse, çekirdeğinde helyum yakan kırmızı dev bir yıldızdır. Bu yıldız güneşin konumuna yerleştirilirse, yüzey Jüpiter'in yörüngesine bile ulaşabilir.
Neden Jüpiter'e gidilir?
Hikayenin arka planı şudur: Güneş hızla yaşlanıyor ve genişliyor ve güneş sistemi artık insanın hayatta kalması için uygun değil, bu yüzden insanlar kendileri için yeni bir yuva seçtiler - Proxima Centauri (üç yıldız Centauri).
Proxima Centauri, güneş ile aynı yıldızdır, ancak kütlesi güneşin yalnızca sekizde biridir
Dünya, 6.371 kilometre yarıçaplı ve 59 trilyon ton ağırlığında bir devdir. Ancak insanlar, yaklaşık beş yıl içinde dünyayı kaçış hızına (güneşin yer çekiminden uzaklaşan en düşük hız) itmek için yeterli olan aynı devasa gezegen motorunu yarattılar.
Ancak bu hız yeterli olmaktan uzak. Proxima Centauri (üç yıldız Centauri) dünyadan 4,3 ışık yılı uzaklıkta. Kaçış hızına ulaşmak 77.000 yıl alacaktı ki bu çok uzun!
Gezegen motoru hızlanmaya devam etse bile, ışık hızının yüzde birine ulaşmak hala mümkün değildir. Böylece insanlık, dünyanın yönünü ve hızını sıfır tüketimle değiştirmesini ve sonunda Proxima'ya ulaşmasını sağlamak için Jüpiter'in "yerçekimi sapanını" kullanmayı düşündü.
Öyleyse neden gezegensel motor ışık hızının yüzde birine kadar hızlanamıyor? Bunun nedeni, gezegen motorlarının enerjisinin "ağır element füzyonundan" gelmesidir.
Ağır element füzyonunun sınırlamaları nelerdir?
Ağır elementlerin sözde füzyonu alışılmadık bir şey değil. Evrenin derinliklerinde pek çok yıldız "Big Mac" vardır ve bunlar, içindeki anahtar unsurların birleşiminden geçmektedir.
Ağır element füzyonunun kütle-enerji dönüşüm verimliliği oldukça düşüktür. En iyimser tahmin, dünyanın kaçış hızına ulaşması için 700 milyon ton taşın yakılması gerektiğidir; bu, yakıt olarak dünyanın 40 metresini kazmaya eşdeğerdir; ışık hızının yüzde birini elde etmek için yer kabuğunun kesilmesi gerekir. yarım.
Dünyayı ilerletmek için kendi gücünüze güvenemiyorsanız, astronomik ölçekli evrensel yerçekiminin gücünü kullanmak için gelişmiş yörünge hesaplamaları kullanın. Böylece insanlar gözlerini Jüpiter'e dikti.
Jüpiter'in yerçekimsel sapanı ne olacak?
Havacılıkta yerçekimsel sapan fenomeni vardır, uzay aracı onu kullanarak yön değiştirebilir, hızı artırabilir ve hedef yörüngeye sıfır tüketim ve düşük maliyetle ulaşabilir.
Yerçekimi sapmaları genellikle çok farklı ağırlıklara sahip bir çift gök cismi arasında meydana gelir. Burada Jüpiter (kırmızı top) ve Dünya'yı (mavi top) Şekil a ve Şekil b'de gösterildiği gibi örnek olarak kullanıyoruz.
Dünya V hızıyla Jüpiter'e ve U hızıyla Jüpiter yörüngesine yaklaşır.
Şekil a: Yerçekimi sapanının şematik diyagramı
Yeterince yaklaştıktan sonra, dünya Jüpiter'in yerçekimi tarafından tutulur, Jüpiter tarafından çekilir, zarif bir şekilde yarım daire döndürülür ve sonra bir disk gibi fırlatılır
Şekil b: Yerçekimi sapanının şematik diyagramı
Jüpiter Gandangren'in adanmışlığı sayesinde dünya, Jüpiter'in yörünge hızına U, orijinal hız V'nin üstüne bindirildi ve hız U + V'ye yükseldi. Dünyanın hızı ve enerjisi arttı ama hiç yakıt tüketmeden yeni yuvasına koştu.
Ancak yörünge değişimi sırasında dev bir gezegene çok yakın olursanız, bu "gezi gezisi" tatsız olacaktır.
Jüpiter'e yaklaşırken motorlar neden çok sayıda duruyor?
Dünya Jüpiter'e yaklaştığında, insanlık aniden büyük bir krizle karşılaştı: binlerce gezegen motoru arızalandı ve söndü, küresel depremler, volkanik patlamalar, magma yeraltı şehrini yuttu ...
Resimdeki kırmızı çizgi Çin Seddi
Neden binlerce motor aynı anda durur? Depremler ve yanardağlar neden bu zamanda eğlenceye katılıyor? Tüm bu felaketlerin kökü "Roche sınırı" dır Basitçe söylemek gerekirse, dünya Jüpiter'e çok yakın, çok yakın olursa ne olacak?
Rocheun sınırı aşılırsa ne olur?
Roche sınırı astronomide özel bir mesafedir. İki gök cismi arasındaki mesafe Roche sınırından daha az olduğunda, "gelgit kuvvetleri" tarafından parçalanma eğilimindedirler.
Hesaplamalar, dünya ile Jüpiter arasındaki mesafenin 103.000 kilometreden az olması durumunda, gelgit kuvvetlerinin etkisi altında atmosferin dünyadan ayrıldığını; mesafe 74.400 kilometreden azsa tüm dünyanın parçalanacağını gösteriyor.
Gelgit kuvveti ne kadar korkunç, örnek olarak bir çaydanlık ve bardağı alalım:
Şekil c: Gelgit kuvvetlerini göstermek için kullanılan çay fincanı
Bardak duvarının üstüne biraz su döküyoruz ve yerçekimi altında bardağın dibine doğru kaymasına izin veriyoruz. Bardağın dibine ne kadar yakınsa, su damlası daha da uzar ve sonunda yırtılma sınırına çekilir. Bu sınır, bu çay fincanı için su damlacıkları için "Roche sınırı" olarak kabul edilebilir.
Jüpiter'in çekim alanı aslında bir "çay bardağı" dır. Dünya'nın boyutu çok büyük Jüpiter'e yaklaştığında, Jüpiter'e daha yakın olan taraftaki çekim kuvveti uzak taraftakinden çok daha büyük olacak, bu yüzden su damlacıkları gibi yavaş yavaş parçalanacak.
"Gezen Dünya" filminde dünya, ahşabın "akışkan Roche sınırına" ulaştı (ahşap ile zemin arasındaki mesafe 103.000 kilometre). Burada sıvı ve gaz artık dünyanın yerçekimi tarafından bağlanamaz, kaçma eğilimindedir ve kaya, kendi sertliğiyle bir süre zar zor dayanabilir
Şekil d: Öğütülmüş odun sıvısı Roche limit simülasyonu (iki boyutlu basitleştirilmiş model)
Jüpiter'e biraz daha yakın olan dünya, ahşabın "Sert Roche Sınırı" na girecek (ahşabın mesafesi yaklaşık 74.400 kilometre). Burada sert kayalar bile yerçekimi farkı nedeniyle parçalanacak ve yeryüzü tamamen parçalanacak
Şekil e: Zemin ahşap rijit gövdenin Roche limit simülasyonu (iki boyutlu basitleştirilmiş model)
"Gezinen Dünya" da insanların karşılaştığı zorlukları hayal edebilirsiniz: Jüpiter'e çok yakın çalışmayacak, gelgit kuvvetleri tarafından parçalanacak; Jüpiter'den çok uzakta, bir yerçekimi sapanı yardımıyla yörüngesini değiştiremeyecek.
Yeryüzünde dolaşmanın hedefi-Proxima Centauri
Biraz astronomik bilgisi olan herkes bilir ki, güneş sistemine en yakın yıldız sadece 4,2 ışık yılı olan Proxima Centauri'dir. 4,2 ışık yılı da bizim için çok büyük bir uzaysal ölçek. 1 ışık yılının yaklaşık 9,5 trilyon kilometre olduğunu bilmeliyiz. .
Efsane: Bu resim, Proxima yıldız sistemindeki üç yıldız ile Proxima çevresinde bulunan bir gezegen arasındaki ilişkiyi tasvir ediyor.
Proxima Centauri'nin bulunduğu yıldız sistemi aslında üç yıldız içerir. Üç yıldız çıplak gözle ayrılamaz, tek yıldız gibi görünürler. Bu üç yıldız, Erboğa takımyıldızındaki en parlak noktalar olduğundan, bunlara " Erboğa" yıldızları denir. Alpha Centauri, birbirinin etrafında dönen güneş büyüklüğünde iki yıldızdan ve nispeten uzak bir "Proxima Centauri" den oluşur. Bu yıldız sistemi aynı zamanda Liu Cixin'in "Üç Beden" romanının çıkış noktasıdır. Aslında, böyle bir üç gövdeli sistem kararlıdır ve "Üç-beden" de tanımlanan "sabit dönem" ve "kaotik dönem" olmayacaktır.
2016 yılında, Avrupa Güney Gözlemevi Proxima Centauri'nin yörüngesinde dönen bir gezegen keşfetti. Gezegen, Proxima Centauri'den yaklaşık 0.05 astronomik birim (7,5 milyon kilometre) uzaklıkta. Kütlesi, Dünya'nın 1,3 katına eşittir. Heyecan verici olan şey, gezegenin Proxima Centauri'nin yaşanabilir bölgesinde olabileceğidir. "Yaşanabilir bölge", gezegenin yıldızdan uygun bir uzaklıkta olduğu alanı ifade eder.Bu alanda, yıldızdan gezegene aktarılan ısı orta derecelidir, ne çok sıcak ne de çok soğuktur ve sıvı suyun varlığını sürdürebilir. Ancak Proxima Centauri bir kırmızı cüce olduğu için, enerji çıkışı sabit değildir ve genellikle etrafındaki yaşamın hayatta kalması için uygun olmayabilecek büyük patlamalar olur.
Proxima Centauri, insanlar tarafından öngörülen yıldızlararası yolculuklar için her zaman tercih edilen yer olmuştur.
12 Nisan 2016'da ünlü Rus yatırımcı Yuri Milner "Atılım Projesi" ni açıkladı. Hawking de planın platformu için tezahürat yapmak için olay yerine geldi.
Başlık: "Çığır Açan Kayan Yıldız" programının hafif yelkenli aracı, enerji için güçlü bir yer lazer dizisine ihtiyaç duyar.
Plan, zemine bir lazer dizisi inşa etmeyi ve ardından son derece ince ve hafif bir yelkeni yüksek hızda sürmek için lazerin ürettiği hafif basıncı kullanmayı, 2 milyon kilometre mesafedeki ivme sürecini tamamlamayı ve hafif yelkenin hızının ışık hızına 20 ulaşmasını öngörüyor. %! Güneş sistemine en yakın komşunun yıldız sistemine bu kadar yüksek hızda koşmak sadece 20 yıl alır.
Light Sail santimetre büyüklüğünde bir çip taşıyor, küçük çipte nükleer piller, mikroişlemciler, navigasyon sistemleri, iletişim sistemleri ve yüksek çözünürlüklü kameralar var. "Serçe küçük ama tüm iç organlara sahip" denilebilir. Gerçek dedektör. İvme enerjisinden tasarruf etmek için hafif yelkenin ve çipin kütlesi gram seviyesi ile sınırlandırılmıştır. Hafif yelkenler ve mikroçiplerin kombinasyonu, yeryüzünde gruplar halinde çalışabilir ve lazer dizisinin hızlanmasının birer birer derin uzaya koşmasını bekleyebilir.
Elbette, bu radikal fikir, mevcut insan teknolojisi seviyesi için büyük bir zorluk teşkil ediyor! Lazerin sürekli çıkış gücü gereksinimi, beş Three Gorges hidroelektrik santralinin çıkış gücüne eşdeğer olan 100 gigawatt'tır (100 milyon kilowatt). Böylesine güçlü bir lazer LightSail için bir kabustur.Aşırı hafif basınca dayanırken, aynı zamanda son derece yüksek sıcaklıklara da dayanmalıdır. Hedefe ulaştıktan sonra, mikroçip dedektörünün bilgiyi 4,2 ışıkyılı uzaklıkta dünyaya geri göndermesi ve alması son derece zordur, çünkü çipin iletim gücü gerçekten sınırlıdır.
Evrende gerçekten dolaşan gezegenler var
Filmden gerçeğe, bilim adamları evrende haydut gezegenlerin olduğunu ve bu tür gezegenlerin herhangi bir yıldızla bağlantılı olmadığını gerçekten keşfettiler. Yılın başında, Tsinghua Üniversitesi'nden Profesör Mao Shude, bir röportajda "mikro yerçekimi lens yönteminin" dolaşan gezegenleri tespit etmek için kullanılabileceğini belirtti. Basitçe söylemek gerekirse, mikro-yerçekimsel mercekleme, bilinmeyen bir gök cismi bir arka plandaki yıldızın yanından geçtiğinde, gök cisiminin uzay-zaman bükülme etkisinin, arka plandaki yıldızın parlaklığını aniden aydınlatacağı anlamına gelir.
Gezegenlerin oluşmasının birçok nedeni vardır, daha büyük olanlar yıldızlar gibi bağımsız olarak oluşturulabilir.Örneğin, birçok gezegenin kütlesi kahverengi cüce seviyesine yaklaşmıştır. Bazı durumlarda, merkez yıldızda bir süpernova patlaması meydana geldi ve gezegen uzaya çarptı.
Diğerleri, yıldız sisteminin oluşumu sırasında diğer gezegenlerin yerçekimi etkileşimi ile fırlatılabilir. Newton evrensel yerçekimi yasasının gezegenlerin hareketini açıkladığını keşfettiğinden, bilim adamları yıldız sistemi çok cisim etkileşimi olduğu için aslında kaotik bir sistem olduğunu keşfettiler.Uzun vadede hareket öngörülemezdir.Bir gezegenin fırlatılma olasılığı vardır. Güneş Sistemi.
Daha heyecan verici bir durum var: Bir yıldız bir kara delik tarafından yutulduğunda, taşıdığı gezegen fırlayarak çok hızlı dolaşan bir gezegen oluşturabilir.
Daha anlayışlı bir durum, Da Liu'nun gelişmiş zeki yaşam tarafından yönlendirildiği, uygun bir yuva bulmak için evrende dolaşan bir gezegeni arayan açıklamasıdır.
(Kaynak: Outlook Think Tank)
