extinction level event

De proton-proton kernfusiereactie in de zon.

‘Zon kan met grote waterstofbom opgeblazen worden’

Op het eerste gezicht lijkt alleen al de gedachte krankzinnig. De zon is een geelgloeiende gasbol met alleen al zonnevlekken groter dan de aarde. Ter geruststelling voor onze lezers: voorlopig is dit technisch ook niet mogelijk. Toch maakte een aantal natuurkundigen een verontrustende berekening. Het blijkt volgens hen in theorie namelijk wel degelijk mogelijk, met een in verhouding met de afmeting van de zon zelf, relatief kleine waterstofbom de zon op te blazen…

De zon: een langzaam ontploffende waterstofbom
In de kern van de zon vindt kernfusie plaats. Erg snel gaat dit niet: per kilogram massa wordt slechts enkele milliwatt vermogen geproduceerd. Het menselijk lichaam, bijvoorbeeld, produceert per kilogram bijna duizend maal  meer.

De proton-proton kernfusiereactie in de zon.
De proton-proton kernfusiereactie in de zon.

Dit komt omdat – gelukkig voor ons – in de zon een evenwicht heerst tussen zwaartekracht, dichtheid en energieproductie. De zon produceert helium uit waterstof via drie belangrijke wegen en een vierde, marginale weg. De bottleneck bij deze reacties is de proton-protonreactie. Omdat protonen, gestripte waterstofkernen, positief geladen zijn stoten ze elkaar sterk af. Protonen moeten met precies de juiste energie met elkaar botsen – is deze energie te hoog, dan kaatsen de protonen van elkaar weg voor ze samen hebben kunnen smelten tot deuterium en een positron (elektron van antimaterie) uit hebben kunnen stoten. En zonder deuterium kunnen de volgende fusiestappen tot helium niet plaatsvinden.

De temperatuur in de zon is aan de lage kant voor kernfusie – rond de 14 miljoen graden. Dit komt, omdat bij hogere temperaturen de kernfusiereactie snel uit de hand zou lopen (waardoor het plasma uitzet, de dichtheid daalt, er veel minder deuterium wordt gevormd en de kernfusie weer stilvalt). Dit houdt de zon in evenwicht. Zou dat evenwicht om welke reden dan ook duurzaam verbroken worden, dan zou de zon exploderen als supernova.

Di is ook de reden waarom kernfusie wel lukt in waterstofbommen. De schil van uranium of plutonium explodeert naar buiten en naar binnen. De fusiebrandstof (deuterium, tritium ed.) wordt door de kernexplosie samengedrukt, waardoor zeer hoge temperatuur en hiermee fusie ontstaat en de neutronflux (er komen veel neutronen vrij bij de fusie) een veel groter percentage van het uranium en plutonium laat ontploffen.

De zon aansteken met een lont
De zon blijft vrij constant miljarden jaren kernfusie ondersteunen door het hiervoor beschreven evenwichtsmechanisme. Uit de berekeningen van Alexander Bolonkin en Joseph Friedlander, twee natuurkundigen, blijkt echter, dat door op een vrij kleine, lokale plaats een extreem hete kernfusiereactie plaats te laten vinden, er geen tijd meer is om het evenwicht zich door voorgaand proces te laten herstellen. De verstoring is dan domweg te snel en te groot – denk aan vrijwel de lichtsnelheid. Er ontstaat dan een detonatie, waarbij op de plek van de schokgolf het waterstof massaal gaat fuseren tot helium. Je praat dan niet over milliwatts per kg, maar megawatts. Kortom: de zon verandert in een enorme waterstofbom. Met een yield waar Ulam en Teller erg jaloers op zouden zijn.

De gevolgen – als de berekeningen kloppen
De hoeveelheid energie die vrijkomt – te vergelijken met een waterstofbom zo groot als de zon – is zo overweldigend groot, dat de zon en de rest van het zonnestelsel weg zal worden gevaagd door een explosie die in lichtkracht overeen komt met een supernova. Deze zou zo krachtig zijn dat zelfs aliens die zich in planetenstelsels op enkele lichtjaren bevinden, er ernstig onder te lijden zouden hebben.

Het gaat hier om een wetenschappelijk journaal, SCIRP, dat in wetenschappelijke kringen de status heeft van een tabloid. Artikelen zijn peer reviewed, ook bevinden zich er enkele goede artikelen tussen, maar de meeste zijn volgens critici van erbarmelijke kwaliteit. De hoofdauteur, Alexander Bolonkin, is een vooraanstaande Russische emeritus hoogleraar en een van de drijvende krachten achter het Sovjet-ruimtevaartprogramma. Hij zal niet snel zijn goede reputatie te grabbel gooien met een uit de lucht gegrepen artikel.

Niettemin is het punt van beide natuurkundigen duidelijk. Het materiaal in de kern van de zon bevindt zich in de buurt van het detonatiepunt. Het is niet uit te sluiten dat een kernwapen uit de verdere toekomst dat de reis door de fotosfeer van de zon overleeft en de kern induikt, dit aan kan richten en een kettingreactie in gang gaat zetten, zoals een lucifer in een droog bos. Op dit moment bestaat deze techniek gelukkig niet, maar in theorie is het mogelijk met behulp van bijvoorbeeld een extreem sterk magnetisch veld en lasers, door het hete plasma van de fotosfeer heen te boren, zodat dit niet in aanraking komt met het ruimtewapen. Het goede nieuws: dit ligt ver buiten het bereik van de techniek nu of in de eerstkomende tientallen jaren.

Toch is dit natrekken geen overbodige luxe, want dit zou een einde betekenen aan het voortbestaan van de mensheid en de andere levensvormen op onze planeet en de rest van het zonnestelsel. Een kunstmatige intelligentie die die van de mens overtreft zou voornoemde technische moeilijkheden op kunnen lossen, met uitermate nare gevolgen. Eventueel in opdracht van een gewetenloze dictator, denk aan het geval-Hitler, met de rug tegen de muur, of om voor eens en voor altijd van de lastige aardbewoners af te komen. Ook zou een geavanceerde buitenaardse “beschaving” deze genocide kunnen uitvoeren.

Bron:
Alexander Bolonkin, Joseph Friedlander, Exploding Sun, SCIRP, 2013

Hawking: wereldwijd verbod op AI-wapens redt mensheid

Worden we op een dag opgejaagd door bewapende drones en killer robots, die de mensheid tot de laatste sterveling uitroeien? Een aantal vooraanstaande wetenschappers en ondernemers, waaronder Hawking, Musk en Chomsky spreken hun zorg uit over de mogelijkheid dat kunstmatige intelligentie in aanvalswapens wordt ingezet. Ze pleiten voor een internationaal verbod.

Hun oproep komt mijns inziens geen dag te vroeg. De ontwikkeling van kunstmatige intelligentie gaat snel en volgde in het verleden ruwweg de schatting, die Ray Kurzweil maakte op basis van de Wet van Moore. Kurzweil schat dat tegen 2030 een consumentencomputer van duizend dollar evenveel informatie kan verwerken als het menselijk brein en als het effectief geprogrammeerd is, de geestelijke capaciteiten van de mens kan evenaren. hawking

Stel je voor: een soldaat met de vastberaden wil om te doden, zonder enig medegevoel of geweten, een reactiesnelheid die duizenden malen hoger is dan die van een mens. Bovendien zo slim, dat hij iedere vijand te slim af kan zijn. Een kwaadwillende, bewapende kunstmatige intelligentie (en let’s face it: wapens worden ontwikkeld om de vijand uit te moorden, dus weaponized AI is zo kwaadaardig als je je logischerwijs voor kan stellen) kan heel wat kwaad aanrichten. Waarschijnlijk zelfs zoveel kwaad, dat het voortbestaan van de mens, of zelfs het leven op aarde wordt bedreigd.

Video: de aarde redden van een asteroïde door verfbommen

MIT-student Sung Woo Paek bedacht deze opmerkelijk te noemen methode om de aardbewoners te behoeden voor groot onheil. Een wolk verfbommen slaat in op de asteroïde en bedekt deze met een reflecterende laag. Omdat de fotonen op een reflecterend oppervlak terug worden gekaatst, geeft de zonnestraling nu een dubbele druk waardoor de asteroïde uit zijn ramkoers wordt gedrukt. Omdat het zonlicht maar een heel lichte druk uitoefent, moet je ruim op tijd beginnen. Bekijk onder de video.

Een kwart miljard jaar geleden zagen de tropen er zo uit, wijst nieuw onderzoek uit.

‘Kwart miljard jaar geleden tropen te heet voor leven’

Rond de 249 miljoen jaar geleden waren delen van de aarde zo heet dat ze letterlijk onbewoonbaar werden. Dat zeggen de paleontologen Wignall en zijn collega’s in het blad Science. Alleen kleine, niet-bewegende dieren konden overleven in de tropen. Hogere planten en dieren vluchtten massaal naar de poolstreken.  Dit is voorzover bekend de heetste periode ooit in de geschiedenis van de aarde. Het is ook de enige extinction level event in de geschiedenis van de aarde waarin overmatige warmte leidde tot uitstervingen.

Een kwart miljard jaar geleden zagen de tropen er zo uit, wijst nieuw onderzoek uit.
Een kwart miljard jaar geleden zagen de tropen er zo uit, wijst nieuw onderzoek uit.

Tweede uitstervingsgolf vlak na eerste
Deze uitsterving is niet bekend, omdat deze vrij kort na de vorige, grootste uitstervingsgolf ooit volgde: de uitstervingsgolf aan het einde van het Perm. Deze vond 3 miljoen jaar eerder (dus 252 miljoen jaar geleden) plaats en had tot gevolg dat tachtig tot negentig procent van alle soorten op aarde verdween. De oorzaak was vermoedelijk een reeks van zware vulkaanuitbarstingen in wat nu Siberië is, waarbij de oceanen zo werden verstikt dat ze zuurstofvrij werden. De vermoedelijke oorzaak van de uitsterving, denken paleontologen. Dit verklaart, zo lijkt het, ook waarom het zo raadselachtig lang duurde voordat het leven op aarde weer opkrabbelde van de natuurramp.  Gewoonlijk gebeurt dit al binnen enkele honderdduizenden jaren, maar deze keer duurde het meer dan vijf miljoen jaar voor het leven op aarde er in slaagde de aarde weer geheel te koloniseren.  Deze ontdekkingen deden Wignall en zijn collega’s door de verhouding tussen de ‘lichte’ zuurstofvorm O-16 en de ‘zware’ zuurstofvorm O-18 te meten in fossielen van conodonten, een uitgestorven groep primitieve, lampreiachtige vissen. Hoe hoger de temperatuur, hoe minder ‘zware’ zuurstof in de fossielen achterblijft. Door de verhouding te meten kan je dus een goede indruk krijgen van de gemiddelde temperatuur.

De temperatuur liep meteen na de rampzalige Siberische uitbarsting geleidelijk steeds meer op. De vermoedelijke reden is dat na de Siberische uitbarsting enorme hoeveelheden kooldioxide en andere broeikasgassen vrijkwamen, die niet door de vernietigde plantengroei konden worden opgenomen. De temperaturen bereikten hun piek tijdens de zogeheten Smithian-Spathian extinction. Deze uitsterving vernietigde veel minder soorten dan de Perm-Trias uitstervingsgolf omdat er nog maar weinig soorten over waren die uitgeroeid konden worden.

Verhongering en verstikking
In die tijd bereikten de oppervlaktetemperaturen van het zeewater in de tropen waarden boven de veertig graden, terwijl de diepzee enkele graden koeler was. Dit was de gemiddelde temperatuur van het zeewater. In woestijnen variëren de temperaturen vel sterker, dus is de kans verre van denkbeeldig dat het op het land vijftig of zelfs zestig graden was. In de droge tijd moeten deze dodelijke temperaturen regel zijn geweest. Deze extreme hitte verklaart volgens Wignall tot nu toe raadselachtige patronen in het voorkomen van fossielen. Hoge watertemperaturen betekenen dat veel minder zuurstof in het water opgelost kan worden. Verder jaagt een hoge temperatuur de stofwisseling omhoog. Dieren in zee verstikten en verhongerden dus. Grote, maar beweeglijke soorten, zoals vissen, trokken weg van de evenaar maar hielden stand aan de polen. Alleen kleine, niet beweeglijke soorten, die minder zuurstof nodig hebben en een zeer laag metabolisme, zoals weekdieren, hielden stand.
Ook planten, zeker de primitieve planten uit die tijd, krijgen grote problemen bij temperaturen boven de zestig graden.  Het gevolg: een grote equatoriale woestijn die zich over het toenmalige supercontinent uitstrekte.

Het duurde nog enkele miljoenen jaren, tot 247 miljoen jaar geleden, voordat grote, beweeglijke dieren weer de tropen konden bewonen en planten zich weer in de tropen vestigden.  Deze Smithian-Spathian uitstervingsgolf is de enige bekende gebeurtenis  waarbij hitte doodde. Wel moeten de uitkomsten nog door andere onderzoeksgroepen bevestigd worden.
Dit resukltaat is mee rdan alleen van academisch belang. Als de temperatuur in de tropen met meer dan zeven graden stijgt, dreigen de tropen voor mensen onbewoonbaar te worden.  Kortom: laten we opschieten met schone energiebronnen en energiebesparing.

Bron
Paul B. Wignall et al., Lethally Hot Temperatures During the Early Triassic Greenhouse, Science (2012), DOI: 10.1126/science.1224126

De spookstad Pripyat, een kwart eeuw na de meltdown in Tsjernobyl. Zullen al onze steden er ooit zo uitzien?

Haalt de mensheid 2100?

Hoe voorkomen we dat de mensheid de weg van de dodo opgaat? Hoe verder wetenschap en techniek vorderen, hoe meer manieren we ontdekken waarop de mensheid uit kan sterven en hoe meer bedreigingen er ontstaan. Het Cambridge Project for Existential Risk gaat  zich bezighouden met de vraag: welke existentiële bedreigingen zijn er voor de mensheid?

De spookstad Pripyat, een kwart eeuw na de meltdown in Tsjernobyl. Zullen al onze steden er ooit zo uitzien?
De spookstad Pripyat, een kwart eeuw na de meltdown in Tsjernobyl. Zullen al onze steden er ooit zo uitzien?

Extinction level events
Veel wetenschappers maken zich -o.i. terecht- zorgen dat ontwikkelingen in menselijke technologie nog meer nieuwe potentiële extinction level events (ELE’s) op zal leveren. Al eerder bestond deze angst voor kernwapens, de eerste serieuze door de mens gecreëerde bedreiging voor het voortbestaan van de mensheid. Diverse auteurs hebben gesuggereerd dat kunstmatige intelligenties a la Skynet in de Terminator-filmreeks, ontwikkelingen in biotechnologie en kuntmatig leven, nanotechnologie en een extreem broeikaseffect dergelijke gevolgen kunnen hebben. Zo was er de bekende omstreden publicatie van een Nederlandse medisch onderzoeker met instructies hoe van het H5N1-virus in een paar weken met huis-, tuin- en keukenapparatuur een zeer besmettelijke variant te maken. Zonder nader onderzoek is het moeilijk om de reële dreiging van deze scenario’s in te schatten, maar als ons voortbestaan ons lief is, kunnen we er ons er maar beter in verdiepen.

Cambridge Project for Existential Risk
Het Cambridge Project for Existential Risk is een samenwerkingsverband tussen de filosoof Huw Price, de gepensioneerde prof astrofysica Martin Rees en Skype-medeoprichter Jaan Tallinn.  De oprichters zijn er van overtuigd dat deze vragen meer aandacht verdienen dan er op dit moment aan geschonken wordt (de Lifeboat Foundation is Amerikaans, dus is vermoedelijk onvoldoende aandacht in Engelse ogen). Hun doel is om binnen de universiteit van Cambridge een multidisciplinair onderzoekscentrum te vestigen dat deze risico’s in kaart brengt en methoden probeert te bedenken om ze te verkleinen. Hierbij willen ze gebruikmaken van de wetenschappelijk gezien grote reputatie van Cambridge en vele begaafde onderzoekers die er werken. Voorlopig doel: er zeker van te zijn dat er nog mensen aanwezig zullen zijn bij de viering van het duizendjarig bestaan van de universiteit van Cambridge, over iets minder dan twee eeuwen. Ondertussen hebben zich al enkele zwaargewichten, zoals fysicus Mark Tegmark en zelf Nick Bostrom van grote rivaal Oxford, zich gemeld. Trouwens, over rivaliteit gesproken: op Oxford bestaat er, heel toevallig, het Future of Humanity Institute. Zou dat er wat mee te maken hebben?

Lees ook
Video: einde van de wereld
Kan er een nucleaire winter komen?

Bron
Center for the Study of Existential Risk

Einde van de wereld – na een asteroïdeinslag

Wat gebeurt er met de aarde als een asteroïde zo groot als een kleine maan neerstort? In deze bijna vijf minuten lange rampporno clip zie je het einde van de wereld. Met epische muziek.

Een dergelijke natuurramp classificeert als een extinction level event. The end of the world. Hooguit een handjevol bacteriën heel diep in de rots overleeft dit. Ter geruststelling: er zijn maar vier van dit soort echt grote asteroïden, Ceres, Pallas, Juno en Vesta, en alle vier komen voor in een stabiele omloopbaan tussen Mars en Jupiter. Tenzij een object uit de Kuiper– of Oortgordel deze kant op komt maar die kans is vrij klein. Maar toch. Om de 27 miljoen jaar worden we getroffen door een ramp….

Einde van de wereld. Bron: Wikimedia Commons
Einde van de wereld. Bron: https://www.flickr.com/photos/40567541@N08/8476682346

Einde van de wereld: het Late Heavy Bombardment

Ongeveer 3,8 miljard jaar geleden leek het er op dat het einde van de aarde was aangebroken. Door nog onbekende oorzaak, werd de aarde getroffen door een grote regen van asteroïden. Het Late Heavy Bombardment.

Dit verklaart ook waarom we zeldzame metalen als goud en uranium op de aardoppervlakte kunnen vinden. Deze zijn toen neergeregend. Witwatersrand en Vredefort in Zuid-Afrika zijn in feite de overblijfselen van deze voor de aarde rampzalige periode. Toch zijn in rotsen die dateren van niet lang daarna, sporen aangetroffen van het eerste leven.

Uit deze enorme ramp kwam dus het leven voort, zoals we dat kennen. Aanhangers van de panspermie-theorie geloven dat het leven van andere planeten naar de aarde is gekomen. En dat dit soort rampzalige inslagen, juist ook het leven over de kosmos verspreidden. Misschien een schrale troost, als we een keer echt aan de beurt zijn. Daarom kunnen we maar beter snel zorgen dat de mensheid verspreid is over het hele zonnestelsel, en het liefst nog daarbuiten. Dan betekent het einde van de wereld, tenminste niet: het einde van de mensheid.

apophis inslag

Rusland wil killerasteroïde vernietigen

De asteroïde Apophis, ongeveer 250 meter in doorsnee, heeft een kleine kans op aarde terecht te komen. Apophis werd ontdekt in 2004.

apophis inslag
Een asteroïde als Apophis kan niet het leven op aarde uitroeien, maar van een land zo groot als Frankrijk zou weinig overblijven. Een inslag in de oceaan zou een vernietigende tsoenami veroorzaken.

Astronomen schatten de kans eerst één op 37 dat de asteroïde de aarde in 2037 zou treffen. Deze schatting is nu door Amerikaanse astronomen verlaagd tot een op een paar honderdduizend; Apophis passeert de aarde op veertigduizend kilometer afstand. Klaarblijkelijk hechten de Russen weinig geloof aan deze schatting. Wat vermoedelijk ook meespeelt is dat de asteroïde, als deze inslaat, dit met bijna 25% kans in Rusland doet terwijl de kans dat dit in de VS gebeurt vrijwel nul is.

Rusland wil nu internationale samenwerking om killerasteroïdes als Apophis en soortgelijke aardscheerders op tijd op te ruimen. In het voorstel van de Russen werken NASA, ESA, de Chinezen en het Russische ruimtevaartbureau Roskosmos samen om in eerste instantie Apophis en later ook andere gevaarlijke objecten onder de twee miljoen aardscheerders uit de weg te ruimen.

Apophis is niet zo groot als de extinction-level event asteroïde die de dinosauriërs uitroeide en een doorsnede had van meer dan tien kilometer. Een asteroïde van een kwart kilometer doorsnede zoals Apophis is wel in staat om in bevolkt gebied meer dan tien miljoen slachtoffers te maken.