Історія: Проект "Люцифер" - це нібито найбільша теорія конспірації, з якою НАСА могла бути залучена. Оскільки зонд впав, хоча атмосфера, НАСА сподівався, що атмосферний тиск створить імплозію, генеруючи ядерний вибух, тим самим розпочати ланцюгову реакцію, перетворивши газовий гігант на друге Сонце. Вони не змогли. Тож у другій спробі вони через два роки кинуть зонд Кассіні (знову навантажений плутонієм) глибоко в атмосферу Сатурна, тож цей менший газовий гігант може досягти успіху там, де Юпітер зазнав невдачі ...
Реальність: Як коротко досліджено в Проект Люцифер: Чи перетворить Кассіні Сатурн на друге сонце? (Частина 1), ми розглянули деякі технічні проблеми, що стоять за Галілео та Кассіні, які використовуються як швидка ядерна зброя. Вони не можуть спричинити вибух з багатьох причин, але основні моменти: 1) Крихітні гранули плутонію, які використовуються для нагрівання та живлення зондів, знаходяться в окремих циліндрах, не захищених від пошкоджень. 2) Плутоній є ні клас зброї, тобто 238Pu робить дуже неефективним паливом, що ділиться. 3) Зонди згорять і розпадуться, отже, забороняючи будь-який шанс грудочок плутонію, що утворюють "критичну масу" (крім того, немає шансів, що плутоній міг би сформувати конфігурацію, щоб створити пристрій, що спрацьовує від імплозії).
Гаразд, тож Галілей та Кассіні не може використовуватиметься як сира ядерна зброя. Але скажи якщо всередині Сатурна стався ядерний вибух? Чи може це викликати ланцюгову реакцію в ядрі, створюючи друге Сонце?
- Проект Люцифер: Чи перетворить Кассіні Сатурн на друге сонце? (Частина 1)
- Проект Люцифер: Чи перетворить Кассіні Сатурн на друге сонце? (Частина 2)
Термоядерні бомби
Якщо ядерний синтез не може підтримуватися в зоряному тілі, реакція дуже швидко вимкнеться. Таким чином, проект "Люцифера" пропонує Кассіні зануритися багато сотень миль в атмосферу Сатурна і вибухнути як сильний вибух, розпалений плутонієм. Цей вибух спричинить ланцюгову реакцію, створивши достатню кількість енергії для запуску ядерного синтезу всередині газового гіганта.
Я бачу, звідки взялася ця ідея, навіть якщо вона неточна. Плавильна бомба (або "термоядерна зброя") використовує тригер поділу, щоб розпочати неконтрольовану реакцію синтезу. Спусковий механізм поділу сконструйований так, щоб вибухнути як звичайна бомба поділу, подібно до пристрою імплозії, описаного в частині 1 цієї серії. При детонуванні виробляються величезні кількості енергетичних рентгенівських променів, нагріваючи матеріал, що оточує паливне плавлення (наприклад, дейтерид літію), викликаючи фазовий перехід у плазму. Оскільки дуже гаряча плазма оточує дейтерид літію (в a дуже обмежене та тисне середовище) у паливі буде утворюватися тритій, важкий ізотоп водню. Потім тритій піддається ядерному синтезу, вивільняючи величезні кількості енергії, коли ядра тритію змушуються разом, долаючи електростатичні сили між ядрами і плавлячись. Плавлення виділяє велику кількість енергії зв’язування, більше, ніж поділ.
Як працює зірка?
Тут слід наголосити на тому, що в термоядерному пристрої синтез може бути досягнутий лише при досягненні величезних температур у дуже обмеженому середовищі і під тиском. Більше того, у випадку синтез-бомби ця реакція є неконтрольованою.
Отже, як підтримуються реакції ядерного синтезу в зірці (як наше Сонце)? У наведеному вище прикладі термоядерної бомби синтез тритію досягається шляхом інерційне обмеження (тобто швидкий, гарячий та енергійний тиск на паливо, щоб викликати плавлення), але у випадку зірки потрібен стійкий режим утримання. Гравітаційне ув'язнення потрібен для реакцій ядерного синтезу в ядрі. Для значного гравітаційного утримання зірка вимагає мінімальної маси.
У ядрі нашого Сонця (і більшості інших зірок, менших за наше Сонце) ядерне синтез досягається за рахунок протонно-протонний ланцюг (на фото нижче). Це механізм спалювання водню, де утворюється гелій. Два протони (водневі ядра) поєднуються після подолання сильно відштовхуючої електростатичної сили. Цього можна досягти лише в тому випадку, якщо тіло зоряної маси має достатньо велику масу, збільшуючи гравітаційне стримування в ядрі. Після поєднання протонів вони утворюють дейтерій (2D), виробляючи позитрон (швидко анігілюючи електроном) і нейтрино. Ядро дейтерію може потім поєднуватися з іншим протоном, створюючи таким чином легкий ізотоп гелію (3Він). Результат цієї реакції генерує гамма-промені, які підтримують стабільність і високу температуру ядра зірки (у випадку Сонця ядро досягає температури 15 мільйонів Кельвінів).
Як було обговорено в попередній статті «Космічного журналу», існує низка планетарних тіл, що знаходяться нижче порогу стати «зіркою» (і не здатної підтримувати злиття протона-протона). Міст між найбільшими планетами (тобто газовими гігантами, такими як Юпітер і Сатурн), і найменшими зірками відомий як бурі карлики. Коричневі карлики мають менше 0,08 сонячних мас, і реакції ядерного синтезу ніколи не приймалися (хоча більші коричневі карлики, можливо, мали короткий період синтезу водню в своїх ядрах). Їх ядра мають тиск 105 мільйон атмосфер з температурою нижче 3 млн. Кельвіна. Майте на увазі, що навіть найменші бурі карлики приблизно в 10 разів масивніші, ніж Юпітер (найбільші коричневі карлики приблизно в 80 разів перевищують масу Юпітера). Отже, навіть для невеликого шансу виникнення протоно-протонного ланцюга нам потрібен великий коричневий карлик, щонайменше в 80 разів більший за Юпітера (понад 240 мас Сатурна), щоб навіть вистояти надії на підтримку гравітаційного утримання.
Немає шансів, що Сатурн може витримати ядерний синтез?
Вибач, ні. Сатурн просто занадто малий.
Маючи на увазі, що ядерна (делюча) бомба, що вибухнула всередині Сатурна, може створити умови для ланцюгової реакції ядерного синтезу (як і протоно-протонна ланцюг), знову ж таки, в царинах наукової фантастики. Навіть більший газовий гігант Юпітер занадто малий, щоб підтримувати синтез.
Я також бачив аргументи, які стверджують, що Сатурн складається з тих самих газів, що й наше Сонце (тобто водень та гелій), тож це швидка ланцюгова реакція є можливо, все, що потрібно, - це швидке введення енергії. Однак водень, який можна знайти в атмосфері Сатурна, є діатомовий молекулярний водень (Н2), а не вільні ядра водню (протони з високою енергією), як знайдено в ядрі Сонця. І так, Н2 є легкозаймистим (адже він відповідав за сумнозвісну катастрофу дивізійного корабля Гінденбург у 1937 р.), але лише в разі змішування з великою кількістю кисню, хлору або фтору. На жаль, Сатурн не містить значної кількості жодного з цих газів.
Висновок
Хоча весело, "Проект Люцифера" є продуктом чиєїсь живої фантазії. Частина 1 "Проекту Люцифера: Чи перетворить Кассіні Сатурн на друге сонце?" представив змову і зосередився на деяких загальних аспектах, чому зонд Галілео в 2003 році просто згорів в атмосфері Юпітера, розкидаючи невеликі гранули плутонію-238, як це робилося. «Чорна пляма», яку виявили наступного місяця, була просто однією з багатьох динамічних і короткочасних штормів, які часто спостерігаються на планеті.
Ця стаття пішла на крок далі і проігнорувала той факт, що Кассіні не міг стати міжпланетною атомною зброєю. Що робити, якщо там був ядерний вибух в атмосфері Сатурна? Що ж, схоже, це було б досить нудною справою. Смію сказати, що може виникнути декілька жвавих електричних штормів, але ми з Землі нас би не побачили багато. Що стосується чогось більш зловісного, що трапляється, то малоймовірно, що на планеті буде якийсь тривалий збиток. Звичайно, реакції синтезу не було б, оскільки Сатурн занадто малий, і він містить всі неправильні гази.
Ну добре, Сатурну просто доведеться залишитися таким, який він є, кільцями і всім. Коли Кассіні завершить свою місію за два роки, ми можемо сподіватися на науку, яку ми накопичимо з такого неймовірного та історичного починання, а не боїмось неможливого…
Оновлення (7 серпня): Як зазначають деякі читачі нижче, молекулярний водень насправді не був причина катастрофи на дирижаблі Гінденбурга, фарба на основі алюмінію може викликати вибух, водень та кисень підживлювати вогонь.
