القصة: يُزعم أن مشروع لوسيفر هو أكبر نظرية مؤامرة يمكن أن تشارك فيها وكالة ناسا. ومع سقوط المسبار على الرغم من الغلاف الجوي ، كانت ناسا تأمل في أن تؤدي ضغوط الغلاف الجوي إلى انفجار داخلي ، مما يؤدي إلى انفجار نووي ، مما يؤدي إلى بدء تفاعل تسلسلي ، وتحويل عملاق الغاز إلى شمس ثانية. فشلوا. لذا ، في محاولة ثانية ، سيقومون بإسقاط مسبار كاسيني (مرة أخرى ، محملاً بالبلوتونيوم) في أعماق جو زحل في غضون عامين ، لذلك يمكن أن ينجح عملاق الغاز الأصغر هذا حيث فشل المشتري ...
الحقيقة: كما تم التحقيق لفترة وجيزة في مشروع لوسيفر: هل ستحول كاسيني زحل إلى شمس ثانية؟ (الجزء 1)، نظرنا في بعض المشاكل التقنية وراء استخدام جاليليو وكاسيني كأسلحة نووية مؤقتة. لا يمكنهم توليد انفجار لأسباب عديدة ، ولكن النقاط الرئيسية هي: 1) حبيبات صغيرة من البلوتونيوم المستخدم لتسخين وتشغيل المسابير في أسطوانات منفصلة ومقاومة للضرر. 2) البلوتونيوم ليس درجة السلاح ، مما يعني أن 238Pu يصنع وقودًا انشطاريًا غير فعال للغاية. 3) تحترق المجسات وتتفكك ، وبالتالي تمنع أي فرصة من كتل البلوتونيوم التي تشكل "الكتلة الحرجة" (بالإضافة إلى ذلك ، ليس هناك فرصة في أن يشكل البلوتونيوم تكوينًا لإنشاء جهاز يعمل بالانفجار).
حسنًا ، جاليليو وكاسيني لا تستطيع يمكن استخدامها كأسلحة نووية خام. لكن قل إذا كان هناك انفجار نووي داخل زحل؟ هل يمكن أن يسبب رد فعل متسلسل في القلب ، يخلق شمس ثانية؟
- مشروع لوسيفر: هل ستحول كاسيني زحل إلى شمس ثانية؟ (الجزء 1)
- مشروع لوسيفر: هل ستحول كاسيني زحل إلى شمس ثانية؟ (الجزء 2)
القنابل النووية الحرارية
ما لم يكن بالإمكان الحفاظ على الاندماج النووي داخل جسم نجمي ، فسوف يتلاشى التفاعل بسرعة كبيرة. لذا يقترح مشروع لوسيفر أن كاسيني ستغرق مئات الأميال في الغلاف الجوي لزحل وتنفجر على شكل انفجار انشطار خام يعمل بالبلوتونيوم. سيتسبب هذا الانفجار في حدوث تفاعل تسلسلي ، مما يخلق طاقة كافية لبدء الاندماج النووي داخل عملاق الغاز.
أستطيع أن أرى من أين جاءت هذه الفكرة ، على الرغم من أنها غير دقيقة. تستخدم القنبلة الاندماجية (أو "السلاح النووي الحراري") زنادًا للانشطار لبدء تفاعل انصهار غير منضبط. يتم إنشاء زناد الانشطار لينفجر مثل قنبلة الانشطار العادية مثل جهاز الانفجار الموصوف في الجزء 1 من هذه السلسلة. عندما يتم تفجيرها ، يتم إنتاج كميات كبيرة من الأشعة السينية النشطة ، وتسخين المواد المحيطة بوقود الاندماج (مثل الليثيوم ديوتريد) ، مما يتسبب في الانتقال الطوري إلى البلازما. كما البلازما الساخنة المحيطة ديوتريد الليثيوم (في بيئة ضيقة للغاية وضغوط) سينتج الوقود التريتيوم ، وهو نظير هيدروجين ثقيل. ثم يخضع التريتيوم للانصهار النووي ، ويحرر كميات هائلة من الطاقة حيث تضطر نوى التريتيوم معًا ، وتتغلب على القوى الكهروستاتيكية بين النوى والصهر. يطلق الانصهار كميات كبيرة من طاقة الربط ، أكثر من الانشطار.
كيف يعمل النجم؟
النقطة التي يجب التأكيد عليها هنا هي أنه في جهاز نووي حراري ، لا يمكن تحقيق الاندماج إلا عندما يتم الوصول إلى درجات حرارة هائلة في بيئة ضيقة للغاية ومضغوطة. والأكثر من ذلك ، في حالة قنبلة اندماجية ، أن رد الفعل هذا غير منضبط.
لذا ، كيف يتم الحفاظ على تفاعلات الاندماج النووي في نجم (مثل شمسنا)؟ في مثال القنبلة النووية الحرارية أعلاه ، يتم تحقيق اندماج التريتيوم من خلال حبس القصور (أي الضغط السريع والساخن والحيوي على الوقود لإحداث الاندماج) ، ولكن في حالة النجم ، يلزم وضع مستدام للحبس. حبس الجاذبية هناك حاجة لحدوث تفاعلات الاندماج النووي في القلب. يتطلب النجم لحبس جاذبية كبير حدًا أدنى للكتلة.
في قلب شمسنا (ومعظم النجوم الأخرى الأصغر من شمسنا) ، يتم تحقيق الاندماج النووي من خلال سلسلة بروتون بروتون (في الصورة أدناه). هذه آلية حرق الهيدروجين حيث يتم توليد الهيليوم. يتحد بروتونان (نواة الهيدروجين) بعد التغلب على القوة الإلكتروستاتيكية شديدة النفور. لا يمكن تحقيق ذلك إلا إذا كان للجسم النجمي كتلة كبيرة بما يكفي ، مما يزيد من احتواء الجاذبية في القلب. بمجرد أن تتحد البروتونات ، فإنها تشكل الديوتريوم (2د) ، إنتاج بوزيترون (يبيد بسرعة بإلكترون) ونيوترينو. يمكن بعد ذلك أن تتحد نواة الديوتريوم مع بروتون آخر ، وبالتالي إنشاء نظير هليوم خفيف (3هو). تولد نتيجة هذا التفاعل أشعة جاما التي تحافظ على استقرار قلب النجم ودرجة حرارته العالية (في حالة الشمس ، يصل النواة إلى درجة حرارة 15 مليون كلفن).
كما نوقش في مقال سابق لمجلة الفضاء ، هناك مجموعة من الأجسام الكوكبية تحت عتبة أن تصبح "نجمة" (وغير قادرة على الحفاظ على اندماج البروتون-البروتون). يُعرف الجسر بين أكبر الكواكب (أي عمالقة الغاز ، مثل المشتري وزحل) وأصغر النجوم باسم الأقزام البنية. الأقزام البنية أقل من 0.08 كتلة شمسية ولم تتأثر تفاعلات الاندماج النووي أبدًا (على الرغم من أن الأقزام البنية الأكبر قد تكون فترة قصيرة من اندماج الهيدروجين في قلوبهم). ضغط قلبهم 105 مليون الأجواء مع درجات حرارة أقل من 3 ملايين كلفن. ضع في اعتبارك أن حتى الأقزام البنية الأصغر حجمًا أكبر بعشر مرات تقريبًا من المشتري (أكبر الأقزام البنية أكبر بحوالي 80 مرة من كتلة المشتري). لذلك ، حتى لو كانت فرصة حدوث سلسلة بروتون-بروتون صغيرة ، سنحتاج إلى قزم بني كبير ، على الأقل 80 مرة أكبر من المشتري (أكثر من 240 كتلة زحل) حتى نحمل الأمل في الحفاظ على حبس الجاذبية.
ليس هناك فرصة لاستدامة زحل الاندماج النووي؟
اسف لا. زحل ببساطة صغير جداً.
الإيحاء بأن انفجار قنبلة نووية (انشطار) داخل زحل يمكن أن يخلق الظروف لرد فعل سلسلة الاندماج النووي (مثل سلسلة بروتون بروتون) ، مرة أخرى ، في عوالم الخيال العلمي. حتى كوكب المشتري العملاق الغازي أكبر من أن يحافظ على الاندماج.
لقد رأيت أيضًا حججًا تدعي أن زحل يتكون من نفس الغازات التي تتكون منها شمسنا (أي الهيدروجين والهيليوم) ، لذلك تفاعل سلسلة متسلسل يكون ممكن ، كل ما هو مطلوب هو الحقن السريع للطاقة. ومع ذلك ، فإن الهيدروجين الذي يمكن العثور عليه في جو زحل هو هيدروجين جزيئي ثنائي الذرة (ح2) ، وليس نواة الهيدروجين الحرة (بروتونات عالية الطاقة) كما توجد في قلب الشمس. ونعم ، ح2 قابل للاشتعال للغاية (بعد كل شيء كان مسؤولا عن كارثة المنطاد الجوية سيئة السمعة في عام 1937) ، ولكن فقط عند مزجه بكمية كبيرة من الأكسجين أو الكلور أو الفلور. للأسف زحل لا يحتوي على كميات كبيرة من أي من تلك الغازات.
استنتاج
على الرغم من المتعة ، فإن "مشروع لوسيفر" هو نتاج خيال شخص حي. الجزء الأول من "مشروع لوسيفر: هل ستحول كاسيني زحل إلى شمس ثانية؟" قدم المؤامرة وركز على بعض الجوانب العامة لماذا تحرق مسبار غاليليو في عام 2003 ببساطة في جو المشتري ، مما أدى إلى تشتيت حبيبات البلوتونيوم 238 الصغيرة كما فعل ذلك. كانت "البقعة السوداء" كما تم اكتشافها في الشهر التالي ببساطة واحدة من العديد من العواصف الديناميكية والقصيرة العمر التي غالبًا ما تُرى على كوكب الأرض.
لقد تقدمت هذه المقالة خطوة أخرى وتجاهلت حقيقة أنه كان من المستحيل أن تصبح كاسيني سلاحًا ذريًا بين الكواكب. ماذا لو كان هناك كان انفجار نووي داخل جو زحل؟ حسنًا ، يبدو أنه سيكون أمرًا مملًا للغاية. أجرؤ على القول أنه قد تتولد بعض العواصف الكهربائية الحية ، لكننا لن نرى الكثير من الأرض. بالنسبة لأي شيء أكثر شريرة يحدث ، فمن غير المرجح أن يكون هناك أي ضرر دائم للكوكب. بالتأكيد لن يكون هناك تفاعل اندماجي لأن زحل صغير جدًا ويحتوي على جميع الغازات الخاطئة.
حسنًا ، سيتعين على كوكب زحل أن يبقى كما هو وخواتم وكل شيء. عندما تكمل كاسيني مهمتها في غضون عامين ، يمكننا أن نتطلع إلى العلم الذي سنجمعه من مثل هذا المسعى المذهل والتاريخي بدلاً من الخوف من المستحيل ...
تحديث (7 أغسطس): كما أشار بعض القراء أدناه ، لم يكن الهيدروجين الجزيئي هو حقًا سبب من كارثة منطاد هيندنبورغ ، كان الطلاء الذي أساسه الألومنيوم هو الذي أثار الانفجار والهيدروجين والأكسجين زود بالوقود النار.
