Câu chuyện: Dự án Lucifer được cho là lý thuyết âm mưu lớn nhất mà NASA có thể tham gia. Khi tàu thăm dò rơi xuống bầu khí quyển, NASA hy vọng áp lực khí quyển sẽ tạo ra một vụ nổ, tạo ra vụ nổ hạt nhân từ đó khởi động một phản ứng dây chuyền, biến khối khí khổng lồ thành một mặt trời thứ hai. Họ đã thất bại. Vì vậy, trong lần thử thứ hai, họ sẽ thả tàu thăm dò Cassini (một lần nữa, chứa đầy plutonium) vào bầu khí quyển Sao Thổ trong hai năm, vì vậy, người khổng lồ khí nhỏ hơn này có thể thành công khi Sao Mộc thất bại
Thực tế: Như điều tra ngắn gọn trong Dự án Lucifer: Cassini sẽ biến Sao Thổ thành Mặt trời thứ hai? (Phần 1), chúng tôi đã xem xét một số vấn đề kỹ thuật đằng sau Galileo và Cassini được sử dụng làm vũ khí hạt nhân tạm thời. Chúng không thể tạo ra vụ nổ vì nhiều lý do, nhưng những điểm chính là: 1) Các viên plutoni nhỏ được sử dụng để làm nóng và cung cấp năng lượng cho các đầu dò nằm trong các xi lanh chống hư hại riêng biệt. 2) Plutoni là không phải cấp vũ khí, có nghĩa là 238Pu tạo ra nhiên liệu phân hạch rất kém hiệu quả. 3) Các đầu dò sẽ cháy lên và vỡ ra, do đó không cho phép bất cứ cơ hội nào khối u của plutonium tạo thành khối lượng quan trọng tối cao (bên cạnh đó, không có khả năng plutoni có thể tạo thành cấu hình để tạo ra một thiết bị kích hoạt nổ).
OK, vậy Galileo và Cassini không thể được sử dụng làm vũ khí hạt nhân thô. Nhưng nói nếu Có vụ nổ hạt nhân bên trong Sao Thổ? Nó có thể gây ra một phản ứng dây chuyền trong lõi, tạo ra một Mặt trời thứ hai?
- Dự án Lucifer: Cassini sẽ biến Sao Thổ thành Mặt trời thứ hai? (Phần 1)
- Dự án Lucifer: Cassini sẽ biến Sao Thổ thành Mặt trời thứ hai? (Phần 2)
Bom nhiệt hạch
Trừ khi phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể được duy trì trong một cơ thể sao, phản ứng sẽ rất nhanh chóng xì hơi. Vì vậy, các dự án Lucifer đề xuất Cassini sẽ chìm hàng trăm dặm vào bầu khí quyển của sao Thổ và nổ như một plutonium nhiên liệu phân hạch nổ thô. Vụ nổ này sẽ gây ra phản ứng dây chuyền, tạo ra đủ năng lượng để kích hoạt phản ứng tổng hợp hạt nhân bên trong người khổng lồ khí.
Tôi có thể thấy ý tưởng này đến từ đâu, mặc dù nó không chính xác. Bom nhiệt hạch (hay vũ khí nhiệt hạch hạt nhân) sử dụng kích hoạt phân hạch để khởi động phản ứng nhiệt hạch không kiểm soát. Bộ kích hoạt phân hạch được chế tạo để phát nổ giống như một quả bom phân hạch bình thường giống như thiết bị nổ được mô tả trong Phần 1 của loạt bài này. Khi phát nổ, một lượng lớn tia X năng lượng được tạo ra, làm nóng vật liệu xung quanh nhiên liệu nhiệt hạch (như lithium deuteride), gây ra sự chuyển pha sang plasma. Vì plasma rất nóng bao quanh lithium deuteride (trong một môi trường rất hạn chế và áp lực) nhiên liệu sẽ tạo ra triti, một đồng vị hydro nặng. Tritium sau đó trải qua quá trình tổng hợp hạt nhân, giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ khi các hạt nhân triti bị buộc lại với nhau, vượt qua lực tĩnh điện giữa hạt nhân và hợp nhất. Fusion giải phóng một lượng lớn năng lượng liên kết, nhiều hơn so với phân hạch.
Làm thế nào để một ngôi sao làm việc?
Điểm cần nhấn mạnh ở đây là trong một thiết bị nhiệt hạch, phản ứng tổng hợp chỉ có thể đạt được khi đạt được nhiệt độ lớn trong một môi trường rất hạn chế và áp suất. Hơn nữa, trong trường hợp bom nhiệt hạch, phản ứng này không được kiểm soát.
Vậy, các phản ứng tổng hợp hạt nhân được duy trì như thế nào trong một ngôi sao (như Mặt trời của chúng ta)? Trong ví dụ về bom nhiệt hạch ở trên, phản ứng tổng hợp triti được thực hiện thông qua giam cầm quán tính (tức là áp suất nhanh, nóng và mạnh vào nhiên liệu để gây ra phản ứng tổng hợp), nhưng trong trường hợp của một ngôi sao, cần phải có chế độ giam cầm duy trì. Giam giữ là cần thiết cho các phản ứng tổng hợp hạt nhân xảy ra trong lõi. Để giam cầm trọng lực đáng kể, ngôi sao đòi hỏi một khối lượng tối thiểu.
Trong lõi của Mặt trời của chúng ta (và hầu hết các ngôi sao khác nhỏ hơn Mặt trời của chúng ta), phản ứng tổng hợp hạt nhân đạt được thông qua chuỗi proton-proton (hình dưới đây). Đây là một cơ chế đốt cháy hydro, nơi helium được tạo ra. Hai proton (hạt nhân hydro) kết hợp sau khi vượt qua lực tĩnh điện cực mạnh. Điều này chỉ có thể đạt được nếu cơ thể sao có khối lượng đủ lớn, làm tăng sự hấp dẫn trong lõi. Khi các proton kết hợp, chúng tạo thành deuterium (2D), tạo ra positron (nhanh chóng tiêu diệt với electron) và neutrino. Hạt nhân deuterium sau đó có thể kết hợp với một proton khác, do đó tạo ra một đồng vị helium nhẹ (3Anh ta). Kết quả của phản ứng này tạo ra các tia gamma duy trì sự ổn định và nhiệt độ cao của lõi sao Ngôi sao (trong trường hợp Mặt trời, lõi đạt tới nhiệt độ 15 triệu Kelvin).
Như đã thảo luận trong một bài báo trước đây của Tạp chí Vũ trụ, có một loạt các hành tinh dưới ngưỡng trở thành một ngôi sao ngôi sao (và không thể duy trì phản ứng tổng hợp proton-proton). Cầu nối giữa các hành tinh lớn nhất (tức là những người khổng lồ khí, như Sao Mộc và Sao Thổ) và những ngôi sao nhỏ nhất được gọi là sao lùn nâu. Các sao lùn nâu có khối lượng nhỏ hơn 0,08 mặt trời và các phản ứng tổng hợp hạt nhân chưa bao giờ được thực hiện (mặc dù các sao lùn nâu lớn hơn có thể đã có một thời gian ngắn hợp nhất hydro trong lõi của chúng). Lõi của chúng có áp suất 105 triệu khí quyển với nhiệt độ dưới 3 triệu Kelvin. Hãy nhớ rằng, ngay cả những sao lùn nâu nhỏ nhất cũng nặng hơn khoảng 10 lần so với Sao Mộc (những sao lùn nâu lớn nhất lớn gấp khoảng 80 lần khối lượng của Sao Mộc). Vì vậy, ngay cả khi có một cơ hội nhỏ trong chuỗi proton-proton xảy ra, chúng ta cần một sao lùn nâu lớn, lớn hơn ít nhất 80 lần so với Sao Mộc (hơn 240 khối lượng Sao Thổ) để có thể hy vọng duy trì sự giam cầm hấp dẫn.
Không có cơ hội nào Saturn có thể duy trì phản ứng tổng hợp hạt nhân?
Xin lỗi, không. Sao Thổ đơn giản là quá nhỏ.
Ngụ ý rằng một quả bom hạt nhân (phân hạch) phát nổ bên trong Sao Thổ có thể tạo điều kiện cho phản ứng dây chuyền hạt nhân (như chuỗi proton-proton), một lần nữa, trong các lĩnh vực khoa học viễn tưởng. Ngay cả sao Mộc khổng lồ khí lớn hơn cũng quá trừng phạt để duy trì hợp hạch.
Tôi cũng đã thấy các lập luận cho rằng Sao Thổ bao gồm các loại khí giống như Mặt trời của chúng ta (tức là hydro và heli), do đó, một phản ứng dây chuyền chạy trốn Là có thể, tất cả những gì cần thiết là tiêm năng lượng nhanh chóng. Tuy nhiên, hydro có thể tìm thấy trong bầu khí quyển Sao Thổ là hydro phân tử diatomic (H2), không phải hạt nhân hydro tự do (proton năng lượng cao) như được tìm thấy trong lõi Sun Sun. Và vâng, H2 rất dễ cháy (sau tất cả, nó chịu trách nhiệm cho thảm họa khinh khí cầu khét tiếng Hindenburg năm 1937), nhưng chỉ khi trộn với một lượng lớn oxy, clo hoặc flo. Than ôi Saturn không chứa số lượng đáng kể của bất kỳ loại khí nào.
Phần kết luận
Mặc dù vui nhộn, nhưng The Lucifer Project trực tuyến là sản phẩm của một người nào đó có trí tưởng tượng sống động. Phần 1 của Dự án Lucifer: Cassini sẽ biến Sao Thổ thành Mặt trời thứ hai? đã đưa ra âm mưu và tập trung vào một số khía cạnh chung tại sao tàu thăm dò Galileo năm 2003 chỉ đơn giản là bị đốt cháy trong bầu khí quyển Sao Mộc, làm phân tán các viên nhỏ plutoni-238 khi nó làm như vậy. Điểm đen của người Viking được phát hiện vào tháng tới chỉ đơn giản là một trong nhiều cơn bão năng động và ngắn ngủi thường thấy để phát triển trên hành tinh.
Bài viết này đã tiến thêm một bước và bỏ qua thực tế rằng Cassini không thể trở thành vũ khí nguyên tử liên hành tinh. Nếu có là một vụ nổ hạt nhân bên trong bầu khí quyển Saturn? Chà, có vẻ như nó sẽ là một chuyện khá nhàm chán. Tôi dám nói một vài cơn bão điện sống động có thể được tạo ra, nhưng chúng ta sẽ thấy nhiều thứ từ Trái đất. Đối với bất cứ điều gì độc ác hơn xảy ra, rất khó có khả năng sẽ có bất kỳ thiệt hại lâu dài nào đối với hành tinh này. Chắc chắn sẽ không có phản ứng nhiệt hạch vì sao Thổ quá nhỏ và nó chứa tất cả các loại khí sai.
Oh well, Saturn sẽ phải giữ nguyên như vậy, nhẫn và tất cả. Khi Cassini hoàn thành nhiệm vụ sau hai năm, chúng ta có thể mong đợi khoa học mà chúng ta sẽ tích lũy từ một nỗ lực phi thường và mang tính lịch sử như vậy thay vì sợ điều không thể
Cập nhật (ngày 7 tháng 8): Như một số độc giả đã chỉ ra dưới đây, hydro phân tử không thực sự là nguyên nhân của thảm họa khinh khí cầu Hindenburg, đó là sơn dựa trên nhôm có thể đã gây ra vụ nổ, hydro và oxy tiếp nhiên liệu ngọn lửa.
