Het verhaal: Het Lucifer-project is naar verluidt de grootste complottheorie waar NASA mogelijk bij betrokken zou kunnen zijn. Toen de sonde door de atmosfeer viel, hoopte NASA dat atmosferische druk een implosie zou veroorzaken, waardoor een nucleaire explosie zou ontstaan, waardoor een kettingreactie op gang zou komen, waardoor de gasreus in een tweede zon. Ze faalden. Dus, bij een tweede poging, zullen ze de Cassini-sonde (opnieuw beladen met plutonium) over twee jaar diep in de atmosfeer van Saturnus laten vallen, zodat deze kleinere gasreus kan slagen waar Jupiter faalde ...
De realiteit: Zoals kort onderzocht in Project Lucifer: Zal Cassini Saturnus in een tweede zon veranderen? (Deel 1)hebben we gekeken naar enkele van de technische problemen achter Galileo en Cassini die worden gebruikt als geïmproviseerde kernwapens. Ze kunnen om verschillende redenen geen explosie veroorzaken, maar de belangrijkste punten zijn: 1) Kleine pellets plutonium die worden gebruikt om de sondes te verwarmen en van stroom te voorzien, bevinden zich in afzonderlijke, schadebestendige cilinders. 2) Het plutonium is niet wapenkwaliteit, wat betekent dat de 238Pu een zeer inefficiënte splijtbare brandstof maakt. 3) De sondes zullen verbranden en uit elkaar vallen, waardoor ze niet worden toegestaan enige kans van klonten plutonium die een "kritische massa" vormen (bovendien is er geen kans dat het plutonium mogelijk een configuratie kan vormen om een door implosie geactiveerd apparaat te creëren).
OK, dus Galileo en Cassini kan niet worden gebruikt als ruwe kernwapens. Maar zeg als er was een nucleaire explosie in Saturnus? Zou het een kettingreactie in de kern kunnen veroorzaken, waardoor een tweede zon ontstaat?
- Project Lucifer: Zal Cassini Saturnus in een tweede zon veranderen? (Deel 1)
- Project Lucifer: Zal Cassini Saturnus in een tweede zon veranderen? (Deel 2)
Thermonucleaire bommen
Tenzij kernfusie binnen een stellair lichaam kan worden gehandhaafd, zal de reactie zeer snel wegsijpelen. Dus stelt het Lucifer-project voor dat Cassini honderden kilometers in de atmosfeer van Saturnus zal duiken en zal exploderen als een ruwe plutoniumaangedreven splijtingsexplosie. Deze explosie veroorzaakt een kettingreactie en creëert voldoende energie om kernfusie in de gasreus op gang te brengen.
Ik kan zien waar dit idee vandaan komt, ook al is het onjuist. De fusiebom (of "thermonucleair wapen") gebruikt een kernsplijting om een ongecontroleerde fusiereactie op gang te brengen. De splijtingstrigger is gemaakt om te exploderen als een normale splijtingsbom, vergelijkbaar met het implosie-apparaat dat wordt beschreven in deel 1 van deze serie. Bij ontploffing worden enorme hoeveelheden energetische röntgenstralen geproduceerd, die het materiaal rondom de fusiebrandstof (zoals lithiumdeuteride) verwarmen, waardoor de faseovergang naar een plasma wordt veroorzaakt. Omdat zeer heet plasma het lithiumdeuteride omgeeft (in een zeer besloten en onder druk staande omgeving) de brandstof zal tritium produceren, een zware waterstofisotoop. Tritium ondergaat vervolgens kernfusie, waarbij enorme hoeveelheden energie vrijkomen terwijl de tritiumkernen samen worden gedwongen, waardoor de elektrostatische krachten tussen kernen en fusie worden overwonnen. Bij fusie komen grote hoeveelheden bindende energie vrij, meer dan bij splijting.
Hoe werkt een ster?
Het punt dat hier moet worden benadrukt, is dat in een thermonucleair apparaat fusie alleen kan worden bereikt wanneer immense temperaturen worden bereikt binnen een zeer beperkte en onder druk staande omgeving. Bovendien is deze reactie in het geval van een fusiebom ongecontroleerd.
Dus, hoe worden kernfusiereacties ondersteund in een ster (zoals onze zon)? In het voorbeeld van de thermonucleaire bom hierboven wordt tritiumfusie bereikt door inertiële opsluiting (d.w.z. snelle, hete en energetische druk op de brandstof om fusie te veroorzaken), maar in het geval van een ster is een aanhoudende opsluiting vereist. Zwaartekrachtbeperking is nodig om kernfusiereacties in de kern te laten plaatsvinden. Voor een aanzienlijke zwaartekrachtbeperking heeft de ster een minimale massa nodig.
In de kern van onze zon (en de meeste andere sterren kleiner dan onze zon) wordt kernfusie tot stand gebracht door de proton-proton ketting (hieronder afgebeeld). Dit is een waterstofverbrandingsmechanisme waarbij helium wordt gegenereerd. Twee protonen (waterstofkernen) combineren na het overwinnen van de sterk afstotende elektrostatische kracht. Dit kan alleen worden bereikt als het stellaire lichaam een massa heeft die groot genoeg is, waardoor de zwaartekracht in de kern toeneemt. Zodra de protonen combineren, vormen ze deuterium (2D), het produceren van een positron (snel vernietigend met een elektron) en een neutrino. De deuteriumkern kan dan combineren met een ander proton, waardoor een lichte heliumisotoop ontstaat (3Hij). Het resultaat van deze reactie genereert gammastralen die de stabiliteit en hoge temperatuur van de kern van de ster behouden (in het geval van de zon bereikt de kern een temperatuur van 15 miljoen Kelvin).
Zoals besproken in een vorig Space Magazine-artikel, zijn er een reeks planetaire lichamen onder de drempel om een "ster" te worden (en niet in staat om proton-protonfusie te ondersteunen). De brug tussen de grootste planeten (d.w.z. gasreuzen, zoals Jupiter en Saturnus) en de kleinste sterren staan bekend als bruine dwergen. Bruine dwergen zijn minder dan 0,08 zonsmassa's en kernfusiereacties hebben nooit stand gehouden (hoewel grotere bruine dwergen mogelijk een korte periode van waterstoffusie in hun kernen hebben gehad). Hun kernen hebben een druk van 105 miljoen atmosfeer met temperaturen onder 3 miljoen Kelvin. Houd er rekening mee dat zelfs de kleinste bruine dwergen ongeveer 10 keer zo zwaar zijn als Jupiter (de grootste bruine dwergen zijn ongeveer 80 keer de massa van Jupiter). Dus om zelfs maar een kleine kans te krijgen dat de proton-proton-keten zich voordoet, hebben we een grote bruine dwerg nodig, minstens 80 keer groter dan Jupiter (meer dan 240 Saturnus-massa's) om zelfs de hoop te behouden om de zwaartekracht op te sluiten.
Is er geen kans dat Saturnus kernfusie in stand kan houden?
Sorry Nee. Saturnus is gewoon te klein.
Dit impliceert dat een atoombom (kernsplijting) die in Saturnus tot ontploffing komt, de voorwaarden kan scheppen voor een kettingreactie van een kernfusie (zoals de proton-proton-ketting), wederom, in de wereld van sciencefiction. Zelfs de grotere gasreus Jupiter is veel te nietig om fusie in stand te houden.
Ik heb ook argumenten gezien die beweren dat Saturnus uit dezelfde gassen bestaat als onze zon (d.w.z. waterstof en helium), dus een op hol geslagen kettingreactie is mogelijk is alles wat nodig is een snelle injectie van energie. De waterstof die in de atmosfeer van Saturnus te vinden is, is dat wel diatomaire moleculaire waterstof (H2), niet de vrije waterstofkernen (protonen met hoge energie) zoals gevonden in de kern van de zon. En ja, H2 is licht ontvlambaar (het was tenslotte verantwoordelijk voor de beruchte ramp met het luchtschip Hindenburg in 1937), maar alleen in combinatie met een grote hoeveelheid zuurstof, chloor of fluor. Saturnus bevat helaas geen significante hoeveelheden van een van deze gassen.
Conclusie
Hoewel leuk, is "The Lucifer Project" het product van iemands levendige verbeelding. Deel 1 van "Project Lucifer: Zal Cassini Saturnus in een tweede zon veranderen?" introduceerde de samenzwering en concentreerde zich op enkele van de algemene aspecten waarom de Galileo-sonde in 2003 gewoon opbrandde in de atmosfeer van Jupiter en daarbij de kleine korrels plutonium-238 verspreidde. De 'zwarte vlek' zoals die de volgende maand werd ontdekt, was gewoon een van de vele dynamische en kortstondige stormen die vaak op aarde worden gezien.
Dit artikel ging nog een stap verder en negeerde het feit dat Cassini onmogelijk een interplanetair atoomwapen kon worden. Wat als daar was een nucleaire explosie in de atmosfeer van Saturnus? Nou, het lijkt erop dat het een behoorlijk saaie aangelegenheid zou zijn. Ik durf te zeggen dat er een paar levendige elektrische stormen kunnen worden opgewekt, maar we zouden niet veel van de aarde zien. Wat meer sinistere gebeurtenissen betreft, het is hoogst onwaarschijnlijk dat er enige blijvende schade aan de planeet zou zijn. Er zou zeker geen fusiereactie zijn omdat Saturnus te klein is en alle verkeerde gassen bevat.
Nou ja, Saturnus zal gewoon moeten blijven zoals het is, ringen en zo. Wanneer Cassini zijn missie over twee jaar voltooit, kunnen we uitkijken naar de wetenschap die we zullen vergaren uit zo'n ongelooflijke en historische onderneming in plaats van bang te zijn voor het onmogelijke ...
Update (7 augustus): Zoals sommige lezers hieronder opmerkten, was moleculaire waterstof niet echt de oorzaak van de ramp met het luchtschip Hindenburg was het de verf op aluminiumbasis die mogelijk de explosie, waterstof en zuurstof veroorzaakte van brandstof voorzien het vuur.
