• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Hur antimateria rymdfarkoster kommer att fungera
    Antimateria rymdfarkoster som denna kan någon dag förkorta en resa till Mars från 11 månader till en månad. Kolla in den aktuella rymdfärdstekniken i dessa bilder av rymdfärjor. Foto med tillstånd av NASA

    "Teknik, stå för warpdrift . "Med det kommandot, "Star Trek" -besättningen i U.S.S. Företaget beredd att slänga rymdskeppet genom kosmos med superluminala hastigheter. Warp drive är en annan av dessa science fiction -tekniker, som teleportation och tidsresor, som har en vetenskaplig grund. Det har bara inte uppnåtts än. Dock, forskare arbetar med att utveckla en interstellär rymdfarkostmotor som liknar Enterprise-materiens motormaterielmotor.

    Ingen motor kommer sannolikt att generera superluminalhastigheter; fysikens lagar hindrar oss från att göra det, men vi kommer att kunna gå många gånger snabbare än våra nuvarande framdrivningsmetoder tillåter. En materia-antimateriell motor kommer att ta oss långt bortom vårt solsystem och låta oss nå närliggande stjärnor på en bråkdel av tiden det skulle ta ett rymdfarkoster som drivs av en vätskemotor, som den som används i rymdfärjan. Det är som skillnaden mellan att köra en Indy -racerbil och en Ford Pinto från 1971. I Pinto, du kommer så småningom i mål, men det kommer att ta 10 gånger längre tid än i Indy -bilen.

    I den här artikeln, vi kommer att se några decennier in i framtiden för rymdresor för att titta på en rymdfarkoster antimateria , och ta reda på vad antimateria egentligen är och hur det kommer att användas för ett avancerat framdrivningssystem.

    Vad är antimateria?

    I denna sammansatta bild av krabba -nebulosan, materia och antimateria drivs nästan till ljusets hastighet av krabba -pulsaren. Bilderna kom från NASA:s Chandra röntgenobservatorium och rymdteleskopet Hubble. Foto av NASA/Getty Images

    Det här är ingen trickfråga. Antimateria är precis vad du kan tro att det är - motsatsen till normal materia, varav majoriteten av vårt universum är gjord. Fram tills nyligen, förekomsten av antimateria i vårt universum ansågs bara vara teoretisk. År 1928, Brittisk fysiker Paul A.M. Dirac reviderade Einsteins berömda ekvation E =mc² . Dirac sa att Einstein inte ansåg att "m" i ekvationen - massan - kan ha såväl negativa egenskaper som positiva. Diracs ekvation (E =+ eller - mc 2 ) tillät förekomsten av antipartiklar i vårt universum. Forskare har sedan dess bevisat att det finns flera antipartiklar.

    Dessa antipartiklar är, bokstavligen, spegelbilder av normal materia. Varje antipartikel har samma massa som motsvarande partikel, men de elektriska laddningarna är omvända. Här är några antimateriella upptäckter från 1900 -talet:

    • Positroner - Elektroner med en positiv istället för negativ laddning. Upptäckt av Carl Anderson 1932, positroner var det första beviset på att antimateria fanns.
    • Anti-protoner - Protoner som har en negativ istället för den vanliga positiva laddningen. 1955, forskare vid Berkeley Bevatron producerade ett antiproton.
    • Anti-atomer - Para ihop positroner och antiprotoner, forskare vid CERN, Europeiska organisationen för kärnforskning, skapade den första anti-atomen. Nio anti-väteatomer skapades, var och en varar bara 40 nanosekunder. Från och med 1998, CERN-forskare pressade produktionen av vätskyddsatomer till 2, 000 per timme.

    När antimateria kommer i kontakt med normalt material, dessa lika men motsatta partiklar kolliderar för att producera en explosion som avger ren strålning, som färdas från explosionspunkten med ljusets hastighet. Båda partiklarna som skapade explosionen är helt utplånade, lämnar efter sig andra subatomära partiklar. Explosionen som uppstår när antimateria och materia interagerar överför hela massan av båda objekten till energi. Forskare tror att denna energi är kraftfullare än någon som kan genereras med andra framdrivningsmetoder.

    Så, varför har vi inte byggt en reaktionsmotor för materia-antimateria? Problemet med att utveckla antimateria -framdrivning är att det saknas antimateria i universum. Om det fanns lika mycket materia och antimateria, vi skulle sannolikt se dessa reaktioner runt omkring oss. Eftersom antimateria inte finns runt omkring oss, vi ser inte ljuset som skulle bero på att det kolliderar med materia.

    Det är möjligt att partiklar var fler än antipartiklar vid Big Bangs tid. Som nämnts ovan, kollisionen mellan partiklar och antipartiklar förstör båda. Och eftersom det kan ha funnits fler partiklar i universum att börja med, det är allt som återstår. Det finns kanske inga naturligt existerande antipartiklar i vårt universum idag. Dock, forskare upptäckte en möjlig deponering av antimateria nära galaxens centrum 1977. Om det finns, det skulle innebära att antimateria existerar naturligt, och behovet av att göra vår egen antimateria skulle elimineras.

    Tills vidare, vi måste skapa vår egen antimateria. Lyckligtvis, det finns teknik tillgänglig för att skapa antimateria genom användning av partikelkolliderare med hög energi, även kallad "atomkrossare". Atomkrossare, som CERN, är stora tunnlar kantade med kraftfulla supermagneter som cirklar runt för att driva atomer med hastigheter nära ljus. När en atom skickas genom denna accelerator, det slår i ett mål, skapar partiklar. Några av dessa partiklar är antipartiklar som separeras ut genom magnetfältet. Dessa partikelacceleratorer med hög energi producerar bara ett eller två pikogram av antiprotoner varje år. Ett pikogram är en biljondels gram. Alla antiprotoner som produceras på CERN på ett år skulle räcka för att tända en 100-watts elektrisk glödlampa i tre sekunder. Det kommer att ta massor av antiprotoner att resa till interstellära destinationer.

    Matter-Antimatter-motor

    Antimateria rymdfarkoster som den i detta konstnärskoncept kan bära oss bortom solsystemet med fantastiska hastigheter. Foto med tillstånd Laboratory for Energetic Particle Science vid Penn State University

    NASA är möjligen bara några decennier ifrån att utveckla ett rymdskepp som kan minska bränslekostnaderna till en bråkdel av vad de är idag. I oktober 2000, NASA -forskare tillkännagav tidiga konstruktioner för en antimateriemotor som kunde generera enorm kraft med endast små mängder antimateria som drivs av den. Mängden antimateria som behövs för att leverera motorn för ett års resa till Mars kan vara så lite som en miljonedel av ett gram, enligt en rapport i den månadens nummer av Journal of Propulsion and Power.

    Material-antimaterie-framdrivning kommer att vara den mest effektiva framdrivning som någonsin utvecklats, eftersom 100 procent av materialets massa och antimateria omvandlas till energi. När materia och antimateria kolliderar, den energi som frigörs genom deras förintelse släpper ut cirka 10 miljarder gånger den energi som kemisk energi, såsom väte- och syreförbränning, den typ som rymdfärjan använder, släpper. Materia-antimaterreaktioner är 1, 000 gånger kraftfullare än kärnklyvningen som produceras i kärnkraftverk och 300 gånger mer kraftfull än kärnfusionsenergi. Så, materia-antimateriella motorer har potential att ta oss längre med mindre bränsle. Problemet är att skapa och lagra antimateria. Det finns tre huvudkomponenter i en materia-antimateriell motor:

    • Magnetiska förvaringsringar - Antimateria måste separeras från normalt material så att lagringsringar med magnetfält kan flytta antimaterialet runt ringen tills det behövs för att skapa energi.
    • Matningssystem - När rymdfarkosten behöver mer kraft, antimaterialet kommer att släppas för att kollidera med ett mål av materia, som frigör energi.
    • Magnetisk raketmunstyckspropeller - Som en partikelkolliderare på jorden, ett långt magnetmunstycke kommer att flytta energin som skapas av materia-antimateriet genom en propeller.
    Lagringsringarna på rymdfarkosten kommer att hålla antimaterialet. Foto med tillstånd Laboratory for Energetic Particle Science vid Penn State University

    Ungefär 10 gram antiprotoner skulle vara tillräckligt med bränsle för att skicka ett bemannat rymdfarkoster till Mars på en månad. I dag, det tar nästan ett år för ett obemannat rymdfarkoster att nå Mars. 1996, de Mars Global Surveyor tog 11 månader att komma fram till Mars. Forskare tror att hastigheten hos ett materia-antimateriedrivet rymdfarkoster skulle tillåta människan att gå dit ingen människa har gått tidigare i rymden. Det skulle vara möjligt att göra resor till Jupiter och till och med bortom heliopausen, den punkt där solens strålning slutar. Men det kommer fortfarande att dröja länge innan astronauter ber deras rymdskepps rorsman att ta dem till varvhastighet.

    Mycket mer information

    relaterade artiklar

    • Hur Warp Speed ​​fungerar
    • Hur raketmotorer fungerar
    • Hur solar segel kommer att fungera
    • Hur Teleportation kommer att fungera
    • Hur tidsresor kommer att fungera

    Fler fantastiska länkar

    • Forskare undersöker att använda antimateria för att driva rymdfarkoster
    • Antimateria:Universums spegel
    • Vetenskapen om Star Trek
    • Vad är frågan om antimateria?
    © Vetenskap http://sv.scienceaq.com