چگونه سفینه فضایی ضد مهاجم کار خواهد کرد
در این مقاله، ما را به یک چند دهه همکار آینده سفر به فضا در یک فضاپیمای ضد ماده نگاه کنید، و پیدا کردن آنچه ضد ماده است و چگونه آن را سخت خواهد شد برای یک سیستم نیروی محرکه پیشرفته استفاده می شود.
ضد ماده چیست؟
این یک سوال فریبنده نیست ضد ماده دقیقا همان چیزی است که شما ممکن است فکر کنید این است – مخالف ماده نرمال، که اکثریت جهان ما ساخته شده است. تا همین اواخر، وجود ماده ضد ماده در جهان ما تنها نظری بود. در سال ۱۹۲۸ فیزیکدان بریتانیا، پل A.M. دیراک معادله مشهور اینشتین E = mc² را تجدید کرد. دیارک گفت که انیشتین در نظر نگرفت که “m” در معادله – جرم – می تواند خواص منفی و مثبت باشد. معادله دیراک (E = + یا – mc2) اجازه می دهد که وجود ضد ذرات در جهان ما وجود داشته باشد. دانشمندان تا به حال ثابت کرده اند که چند ضد ذره وجود دارد.
این ضد ذرات، به معنای واقعی کلمه، آینه تصاویری از ماده نرمال است. هر ذره ضد ذره همان جرمی است که ذره متناظر آن است، اما بارهای الکتریکی معکوس هستند. در اینجا برخی از اکتشافات ضد انحرافی قرن بیستم صورت میگیرد:
Positrons – الکترونی با مثبت به جای بار منفی. پاترونها توسط کارل اندرسون در سال ۱۹۳۲ کشف شد و اولین شواهدی بود که ضد ماده وجود داشت.
ضد پروتون – پروتون هایی که به جای شارژ مثبت معمول منفی هستند. در سال ۱۹۵۵، محققان در برکلی Bevatron یک ضد پروتون تولید کردند.
ضد اتم – پوزیترون ها و آنتی پروتون ها را با هم ترکیب می کنند، دانشمندان در CERN، سازمان تحقیقات هسته ای اروپا، اولین ضد اتم را ایجاد کردند. هفت اتم هیدروژن هیدروژن ایجاد شد که فقط ۴۰ نانوس است. از سال ۱۹۹۸، محققان CERN تولید اتمهای ضد هیدروژن را تا ۲،۰۰۰ در ساعت انجام دادند.
هنگامی که ماده و ضد ماده در تماس با ماده معمولی می آید، اما برابر این ذرات برخورد می کنند به تولید مخالف انفجار خالص تابش رهبری، که از نقطه انفجار سفر در سرعت نور است. هر دو ذره ای که این انفجار را ایجاد کردند، به طور کامل از بین می روند، و دیگر ذرات زیر اتمی را ترک می کنند. انفجار رخ می دهد زمانی که ماده ضد ماده و ماده تعامل می کند کل توده هر دو اجسام را به انرژی منتقل می کند. دانشمندان بر این باورند که این انرژی قدرتمندتر از هر چیزی است که می تواند توسط روش های دیگر نیروی تولید تولید شود.
بنابراین، چرا ما یک موتور واکنش ماده- ضد ماده ساخته ایم؟ مشکل در پیشبرد نیروی ضد مخربی این است که کمبود ماده ضد موجود در جهان وجود دارد. اگر مقادیر مساوی ماده و ماده ضد ماده باشد، احتمالا این واکنشها را در اطراف ما می بینیم. از آنجاییکه ضد ماده در اطراف ما وجود ندارد، ما نور را نمی بینیم که در اثر برخورد با ماده اتفاق می افتد.
ممکن است که ذرات در زمان انفجار بزرگ بی نظیر باشند. همانطور که در بالا ذکر شد، برخورد ذرات و ضد ذرات هر دو را از بین می برد. و چون ممکن است ذره های بیشتری در جهان وجود داشته باشند تا از آنها شروع شود، آن ها همه هستند که باقی مانده اند. امروزه موجودی ضد ذره طبیعی موجود در جهان ما وجود ندارد. با این حال، دانشمندان کشف کردند یک سپرده از پادماده در نزدیکی مرکز کهکشان در سال ۱۹۷۷٫ در صورتی که وجود داشته باشد، بدان معنی است که ضد ماده وجود دارد به طور طبیعی، و نیاز به ضد ماده خود ما بین خواهد رفت.
در حال حاضر، ما باید خود را ضد ماده ایجاد کنیم. خوشبختانه فناوری موجود برای ایجاد ماده ضد ماده از طریق استفاده از مقادیر ذرات با انرژی بالا، همچنین به نام “اتم سایزر” وجود دارد. انفجار اتم، مثل CERN، تونل های بزرگ است که با supermagnets قدرتمند قرار دارند که در اطراف چرخانده می شوند تا اتم ها را در سرعت نزدیک نور نزدیک کنند. هنگامی که یک اتم از طریق این شتاب دهنده فرستاده می شود، آن را به هدف تبدیل می شود، ایجاد ذرات. برخی از این ذرات عناصر ضد عفونی هستند که توسط میدان مغناطیسی جدا شده اند. این شتاب دهنده های ذرات با انرژی بالا فقط یک یا دو پیکوگرافی از پروتئین ها را در هر سال تولید می کنند. یک picogram یک تریلیون است یک گرم است. تمام آنتیپرونت های تولید شده در CERN در یک سال به اندازه کافی برای نور در لامپ الکتریکی ۱۰۰ وات به مدت سه ثانیه کافی خواهد بود. این باعث می شود تن از پروتئین ها به مقصد بین ستاره ای سفر کند.
ماده مضر
ناسا احتمالا تنها چند سال از توسعه یک فضاپیمای ضد ماده ای برخوردار است که هزینه های سوخت را به کسری از آنچه امروزه می رساند کاهش می دهد. در اکتبر سال ۲۰۰۰، دانشمندان ناسا طرح های اولیه برای یک موتور ضد مخرب را اعلام کردند که می تواند تنها مقدار کمی ماده ضد ماده ای را که سوخت آن را تولید می کند، تولید کند. بر طبق گزارش ماه ژوئن مجله ی پیشرفت و قدرت، مقدار ماده ضد ماده ای که برای تامین یک موتور برای سفر یک ساله به مریخ نیاز است، می تواند به اندازه یک میلیون یون گرم باشد.
نیروی ضد مخرب، نیروی کارآمد ترین نیرویی است که تا کنون توسعه یافته است، زیرا ۱۰۰ درصد جرم ماده و ماده ضد ماده به انرژی تبدیل شده است. هنگامی که ماده و ضد ماده برخورد می کنند، انرژی آزاد شده توسط نابودی آنها حدود ۱۰ میلیارد برابر انرژی است که انرژی شیمیایی مانند احتراق هیدروژن و اکسیژن، نوع استفاده شده توسط شاتل فضایی را آزاد می کند. واکنش های ماده ضد ماده ۱۰۰۰ برابر قدرتمندتر از شکافت هسته ای تولید شده در نیروگاه های هسته ای است و ۳۰۰ برابر قدرتمندتر از انرژی همجوشی هسته ای. به همین دلیل، موتورهای ماده ضد ماده دارای پتانسیل بیشتری نسبت به سوخت کمتر هستند. مشکل ایجاد و نگهداری ماده ضد ماده است. سه ماده اصلی برای یک موتور ماده ضد ماده وجود دارد:
حلقه های ذخیره سازی مغناطیسی – ماده ضد ماده باید از ماده نرمال جدا شود بنابراین حلقه های ذخیره سازی با میدان مغناطیسی می توانند ضد ماده در اطراف حلقه حرکت کنند تا زمانی که انرژی لازم برای تولید آن لازم باشد.
سیستم تغذیه – هنگامی که فضاپیما نیاز به قدرت بیشتری دارد، ماده ضد ماده با هدف ماده مواجه می شود که انرژی را آزاد می کند.
موتور دیزل موشکی مغناطیسی – مانند یک برخورد دهنده ذره ای در زمین، یک نازل مغناطیسی طولانی انرژی را از طریق ماده ی ضد ماده از طریق یک موتور دنده حرکت می دهد.
حلقه های ذخیره سازی در فضاپیما ماده ضد ماده را نگه می دارد.
تقریبا ۱۰ گرم آنتیپروتون ها به اندازه کافی سوخت برای ارسال یک فضاپیما به مریخ در یک ماه است. امروز، برای رسیدن به مریخ، یک فضاپیما بدون سرنشین طول می کشد. در سال ۱۹۹۶، مریخ Global Surveyor 11 ماه به مریخ رساند. دانشمندان بر این باورند که سرعت یک فضاپیمای ماده ضد ماده به انسان اجازه می دهد تا جایی که هیچ کس قبل از آن در فضا زندگی نکرده باشد. ممکن است سفر به مشتری و حتی فراتر از heliopause، نقطه ای که تابش خورشید به پایان می رسد. اما هنوز هم مدت زیادی طول خواهد کشید تا فضانوردان از راننده ستاره ای خود بخواهند که آنها را به سرعت سرعت ببندند.
