Zoekresultaten voor: zonne energie

Een nova. Op een uitgebrande ster hoopt zich zoveel helium onder hoge temperatuur en druk op dat het ontploft: de heliumflits.

Supernovae en hypernovae: kosmische waterstofbommen

8 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 6 maart 2011

Onze aarde wordt omringd door enkele grote, zware reuzensterren die op instorten staan. Wat zijn de gevolgen als één van die sterren op korte termijn zal ontploffen?

Kernfusie, de energiebron van sterren
Om te begrijpen hoe sterren leven en sterven, is het erg handig wat meer te weten over kernfusie: de energiebron die de zon en andere energie-opwekkende sterren laat schijnen. Sterontploffingen worden namelijk veroorzaakt door onevenwichtigheden in de fusiereacties in de kern, bijvoorbeeld omdat de brandstof opraakt. Sterren leiden het grootste deel van hun bestaan een rustig leven. Door de energie die kernfusie produceert, blijft de kern heet en zorgt de gasdruk van het hete gas dat de zwaartekracht de ster niet verplettert tot een witte dwerg of neutronenster.

Heliumflits veroorzaakt nova
Dat werkt heel aardig totdat bijna alle waterstof op is. Daardoor neemt de energieproductie af, de zwaartekracht grijpt meteen de kans. De nog niet uitgeputte, waterstofrijke laag rond de kern wordt zo dicht en heet dat de waterstof hierin gaat fuseren en de ster opzwelt: het rode-reusstadium. De zon wordt dan zo groot dat ze de aarde opslokt.

Een nova. Op een uitgebrande ster hoopt zich zoveel helium onder hoge temperatuur en druk op dat het ontploft: de heliumflits.
Een nova. Op een uitgebrande ster hoopt zich zoveel helium onder hoge temperatuur en druk op dat het ontploft: de heliumflits.

Het bijzondere aan gedegenereerde materie is dat de tegendruk niet wordt geleverd door hitte, maar door kwantumeffecten. Het Pauliverbod verbiedt dat bepaalde deeltjes zoals protonen en elektronen (‘fermionen’) te dicht bij elkaar komen. Deze tegendruk is onafhankelijk van de temperatuur. Gedegenereerde materie is tegelijkertijd een zeer goede warmtegeleider. Het gevolg is dat als helium begint te fuseren, de kern niet opzwelt en de reactie dus totaal uit de hand loopt. Gedurende slechts enkele minuten tot uren produceert de ster extreem veel energie: de heliumflits. Als gevolg hiervan wordt de kern zo heet dat de gedegenereerde materie weer verandert in ‘gewone’ materie, de kern uitzet en de rode reus weliswaar iets kleiner, maar nog feller wordt: de asymptotic giant branch fase. Bij lichtere sterren zoals de zon blijft het bij heliumfusie. Als het helium opgebrand is, zakt de rode reus weer ineen, lopen de temperaturen weer extreem hoog op en worden de buitenste gaslagen keer op keer weggeblazen tot alleen een witgloeiende witte dwerg overblijft. Deze uitgebrande ster koelt in de loop van tientallen miljarden jaren langzaam af tot een zwarte dwerg.

Gewoonlijk wordt al deze energie opgeslokt door de kern en gasschil er omheen en merken we er niets van. Bij sommige dubbelsterren slokt een witte dwerg, een extreem dicht bolletje zo zwaar als een ster maar slechts zo groot als de aarde, waterstofgas op van zijn nog niet uitgebrande  partnerster. Als gevolg fuseert waterstof tot helium en ontstaat een heliumschil rond de uitgebrande ster. Dit helium wordt op een gegeven moment zo dicht samengeperst dat  gedegenereerde materie ontstaat en er een heliumflits optreedt die we wel kunnen waarnemen: een nova. De uitgebrande ster stoot de omringende gasschil af, maar overleeft dit en het proces kan zich keer op keer herhalen.

Supernova: de totale vernietiging van een ster
In het buitenste deel van de kern zit helium die niet heet genoeg is om te fuseren en daarbuiten nog waterstof. Hoe zwaarder de ster, hoe meer van dit soort stappen optreden en hoe meer schillen er ontstaan.

Een zware ster aan het einde van zijn leven heeft wel wat weg van een toverbal. Concentrische schillen bevatten atomen als koolstof, silicium en zuurstof.
Een zware ster aan het einde van zijn leven heeft wel wat weg van een toverbal. Concentrische schillen bevatten atomen als koolstof, silicium en zuurstof.

Opeenvolgend zijn dit helium, koolstof, neon, zuurstof, silicium en uiteindelijk ijzer. Hierbij komt echter veel minder energie vrij dan bij de fusie van waterstof tot helium dus deze fases duren veel korter, uiteindelijk zelfs maar enkele uren bij heel zware sterren. Bij zeer zware sterren gaat het fuseren door tot het eindproduct ijzer is.

Zwaardere atoomkernen dan ijzer (bijvoorbeeld koper, goud en uranium) maken kost energie, dus er is dan niets meer wat de instorting stop kan zetten. Dus als de ijzerkernen samensmelten tot nog zwaardere kernen, koelt de kern heel snel af. Het gevolg: niets houdt de instorting van de buitenste gaslagen meer tegen en met donderend geweld stort de ster ineen.  Hierbij komt zoveel energie vrij dat een groot deel van de materie in de buitenste schillen in een vernietigende kernreactie in enkele uren wordt omgezet en vervolgens vrijwel de complete ster wordt opgeblazen: een supernova. Alleen de binnenste kern blijft over. Deze is nu zo dicht geworden dat zelfs atoomkernen niet meer bestaan en de hele ster als het ware is veranderd in één enorme atoomkern: een neutronenster. Wij nemen die sterren waar als pulsars. Zo staat er een pulsar in wat is overgebleven na de enorme supernova van 1054, de Krabnevel. Deze ster stond gelukkig zo ver van ons vandaan dat slechts het idee van de onveranderlijke hemel sneuvelde.

Hypernova wordt alleen overtroffen door de Big Bang
De allercatastrofaalste gebeurtenis die we kennen, de Big Bang uitgezonderd, is de hypernova. Er zijn enkele mogelijke processen bekend die een hypernova kunnen veroorzaken: een extreem zware ster-in-wording die in één klap ontploft en ineenstort tot een zwart gat, een uitgebrande extreem zware ster waarmee dit gebeurt of een ster waarin uit gammastraling massaal antimaterie (elektron-positron paren) wordt gevormd, die een kernexplosie opwekken waarbij alle brandstof van de ster in één zinderende ontploffing wordt opgestookt en de ster met donderend geraas ontploft.

Gelukkig zijn deze gebeurtenissen met één op de honderdduizend supernova’s vrij zeldzaam, in onze melkweg naar schatting ongeveer elke 200 miljoen jaar. Onderzoekers denken dat lange-duur gammaflitsen hierdoor worden veroorzaakt. In deze ontploffingen worden complete zonsmassa’s in enkele seconden omgezet in gammastraling. De hoeveelheid energie die als gammastraling vrijkomt is dan ook verbijsterend groot, zo groot zelfs dat we gammastraling van ontploffende sterren in verre melkwegstelsels nog steeds kunnen waarnemen als gammaflitsen.

Meer informatie

Kernfusie vindt alleen in de dichte (hier witte) kern plaats. De rest van de zon geleidt de energie naar buiten. Wij zien alleen de zeer dunne fotosfeer.

Kernfusie: het geheim van de zon

12 reacties / Wetenschap, Zonnestelsel / Door / 4 maart 2011

De zon geeft ons aardbewoners 98% van alle energie waarover we kunnen beschikken. En dat al bijna vijf miljard jaar lang. Wat is het proces waarmee de zon die onvoorstelbare hoeveelheden energie opwekt en kunnen we zelf een eigen zon op aarde opwekken?

Kernfusie: de energiebron van de zon
Sterren in de hoofdreeks, zoals onze zon, zijn enorme gasbollen die in hun centrum zo dicht en heet (miljoenen graden en honderden keren zo dicht als water) zijn, dat de atoomkernen van waterstof, protonen, via verschillende tussenstappen samen kunnen smelten tot helium: kernfusie.

Het geheim van de zon: door waterstofkernen samen te smelten tot heliumkernen komt er ongelofelijk veel energie vrij.
Het geheim van de zon: door waterstofkernen samen te smelten tot heliumkernen komt er ongelofelijk veel energie vrij.

Deze hoeveelheid energie is werkelijk gigantisch groot: als je in een gram water (ongeveer een halve vingerhoed) alle waterstofatomen uit het water (H2O, waterstof dioxide) samensmelt tot helium levert dat ongeveer twintigduizend kilowattuur aan energie op: tien jaar stroom voor een huishouden of evenveel als het verbranden van tweeduizend liter benzine (voldoende om de wereld helemaal mee rond te rijden in een gemiddelde auto) oplevert.

Logisch ook: bij het verbranden van benzine hergroepeer je alleen atomen (benzinemoleculen (octaan, benzeen e.d.) en zuurstofmoleculen veranderen in kooldioxide en water), maar de atomen zelf blijven behouden. Bij kernfusie maak je compleet nieuwe atomen die eerst nog niet bestonden (en vernietig je de uitgangsatomen).

Het samensmelten van atoomkernen is echter extreem moeilijk, dit omdat atoomkernen elkaar afstoten. Ze iets te hard op elkaar afschieten betekent dat ze terugkaatsen voor ze hebben kunnen samensmelten, is de snelheid te laag dan komen ze niet eens bij elkaar in de buurt. Reden dat er helaas nog steeds geen kernfusiecentrales zijn. Zouden we het geheim van de zon kunnen kraken en op aarde kernfusie opwekken, dan zou een tijdperk van onovertroffen rijkdom en welvaart aanbreken, want met voldoende energie kan je zelfs materie maken uit het niets. Als dat al nodig is, want je kan alle atomen die je nodig hebt uit de aarde, lucht of desnoods uit zeewater vissen.

Omdat vier waterstofkernen samen iets zwaarder zijn dan één heliumkern, wordt 0,7% van de massa in energie omgezet: de bron van alle zonne-energie. Bij dergelijke hoge temperaturen bestaan er geen atomen meer. In de kern van de zon en andere sterren zwerven elektronen en atoomkernen door elkaar en botsen geregeld met elkaar. Het goedje dat dan ontstaat wordt daarom elektronenvloeistof genoemd.

Waterstofbom of kerncentrale?
In feite is een ster een waterstofbom, die van ontploffen af wordt gehouden door een evenwicht van twee krachten. Aan de ene kant is er de zwaartekracht, die bij een zwaar ding als een ster enorm sterk is en deze wil laten instorten. Aan de andere kant is er de extreme hitte, die het plasma laat uitzetten. Het evenwicht tussen deze twee krachten wordt bepaald door twee energiestromen: aan de ene kant de snelheid waarmee kernfusie plaatsvindt en aan de andere kant de snelheid waarmee energie weglekt als straling.

Hoe groter de ster, hoe groter de dichtheid en hoe sneller de kernfusie. Als gevolg hiervan wordt het heter en zet de kern uit. Daardoor neemt de fusiesnelheid weer af, ook kan energie makkelijker weglekken omdat de kern groter wordt en dus meer oppervlak heeft, waardoor er meer straling weglekt. Een soort natuurlijke zelfregelende kernfusiecentrale dus. Veel mensen vinden daarom dat we niet zo moeilijk hoeven te doen. De zon doet dit werk immers al voor ons. We hoeven alleen maar het zonlicht op te vangen met een zonnepaneel.

Een zon op aarde
Zonnepanelen zijn duur en hebben veel oppervlak nodig.

Kernfusie vindt alleen in de dichte (hier witte) kern plaats. De rest van de zon geleidt de energie naar buiten. Wij zien alleen de zeer dunne fotosfeer.
Kernfusie vindt alleen in de dichte (hier witte) kern plaats. De rest van de zon geleidt de energie naar buiten. Wij zien alleen de zeer dunne fotosfeer.

Gezien de ongelofelijke hoeveelheden energie die kernfusie oplevert is het daarom niet verwonderlijk dat uitvinders likkebaardend aan methoden denken om zelf kernfusie op te wekken. Helaas is het niet eenvoudig een kernfusiereactie op gang te houden. De zon nadoen gaat niet: geen enkel bekend materiaal is bestand tegen veertien miljoen graden hitte. Ook zonachtige drukken liggen nog ver buiten bereik, we bereiken nu met pijn en moeite de druk in de kern van de aarde. Uiteraard zijn uitvinders niet voor één gat te vangen en verzonnen toch allerlei listige methodes om kernfusie toch te laten werken.

De kansrijkste lijkt de in de Sovjet-Unie uitgevonden tokamak te zijn: een donutvormige fusiereactor met een heel dun, extreem heet plasma van deuterium en tritium (waterstof, maar dan met één resp. twee neutronen in de kern extra). Sterke magneetvelden voorkomen dat de geladen plasmadeeltjes ontsnappen. De resultaten zijn nog steeds niet denderend, maar kruipen steeds dichter bij het break-even punt dat er meer elektriciteit uitkomt dan er in wordt gestopt. Zouden tokamaks inderdaad de oplossing vormen voor ons energieprobleem of moeten we een andere methode voor kernfusie verzinnen? Er zijn inderdaad wat slimmere alternatieven bedacht…

De ijsmaan Europa is bezaaid met spleten waar geregeld een roodgekleurde vloeistof doorheen lekt. Astronomen willen graag een kijkje nemen in het raadselachtige binnenste van Europa.

Europa: oceanen van honderden kilometers diep

4 reacties / Mensheid, Zonnestelsel / Door / 3 juli 2011
Jupiter kent vier grote manen: Io, Callisto, Europa en Ganymedes. Elke maan is een unieke wereld op zich, maar Europa springt er uit. Op de oppervlakte teistert dodelijke radioactieve straling de maan, maar een kilometers dikke ijslaag beschermt een honderden kilometers diepe oceaan schuilgaat. Veel wetenschappers denken daarom dat Europa de meest geschikte plaats is voor leven buiten de aarde. Zouden zich enorme zeemonsters ophouden onder de ijskap?
De ijsmaan Europa is bezaaid met spleten waar geregeld een roodgekleurde vloeistof doorheen lekt. Astronomen willen graag een kijkje nemen in het raadselachtige binnenste van Europa.
De ijsmaan Europa is bezaaid met spleten waar geregeld een roodgekleurde vloeistof doorheen lekt. Astronomen willen graag een kijkje nemen in het raadselachtige binnenste van Europa.

Europa factsheet
Grootte: 3138 km doorsnede (iets kleiner dan de maan)

Zwaartekracht: 0,13 maal die van de aarde

Atmosfeer: luchtdruk minder dan 10−12 atmosfeer, voornamelijk moleculaire zuurstof

Temperaturen: oppervlakte  -160 graden (equator) tot -220 graden (polen); oceaan onder het ijs +4 graden

Daglengte: vrijwel geheel tidally locked met Jupiter

Lengte jaar: een omloop om Jupiter duurt 3,55 dagen; een jaar op Jupiter duurt 11,86 jaar

Waardevolle grondstoffen: water

Pluspunten: enorme voorraden waterijs, waarschijnlijk vloeibaar water in de diepte, mogelijke aanwezigheid buitenaards leven

Gevaren: dodelijke straling aan de oppervlakte, nauwelijks magnetisch veld, geen atmosfeer, nauwelijks zonnestraling

De omgeving

Kenmerkend voor Europa zijn dubbele lijnen in het ijs, de linae waar ijsplaten tegen elkaar schuren.
Kenmerkend voor Europa zijn dubbele lijnen in het ijs, de linae waar ijsplaten tegen elkaar schuren.

De oppervlakte van Europa bestaat uit ijs en is één van de gladste in het zonnestelsel. De reden is vermoedelijk dat het oppervlak voortdurend vernieuwd wordt door ijserupties. Het oppervlak is bezaaid met diepe spleten. De maan bevindt zich in een zeer licht elliptische baan om Jupiter waardoor het hemellichaam voortdurend wordt gekneed door een ingewikkeld interactiesysteem waarbij Io energie aftapt van Jupiters rotatie en die doorgeeft aan Callisto en Europa.Volgens een andere theorie zijn het niet de relatief zwakke getijdekrachten, maar Rossby golven die Europa opwarmen.

Astronomen vermoeden dat zich tien kilometer onder het ijs een vloeibare oceaan of vloeibaar ijs, vergelijkbaar met wat in een sorbet zit (met daaronder een ondiepere oceaan), bevindt. Deze oceaan zou naar schatting honderd kilometer (of slechts enkele tientallen kilometers)  diep zijn. Hieronder bevindt zich een rotsachtige kern. Planetologen denken dat Europa een kleine metaalkern heeft.

Het enorme magnetische veld van Jupiter produceert grote hoeveelheden dodelijke straling. Europa krijgt er niet zo sterk van langs als de zich dichter bij Jupiter bevindende manen Io en Callisto, maar een mens zal het zonder bescherming tegen de straling niet langer dan een dag uithouden zonder zware stralingsziekte op te lopen. De dodelijke stralingsdosis wordt in twintig dagen bereikt.

De zon komt op Europa elke vijf dagen, de duur van de omloopbaan om Jupiter, op, omdat Europa net als onze maan altijd hetzelfde halfrond naar de planeet waar ze om heen draait, keert.

Er is vrijwel geen sprake van een atmosfeer. Meteorieten slaan dus ongehinderd in, maar door de vele ijserupties verdwijnen de littekens erg snel.

Transport van en naar Europa
Alle ruimtevaartuigen nu in gebruik maken gebruik van raketvoortstuwing. Wat dan telt is delta v – de totale hoeveelheid versnelling en vertraging die nodig is. Beide kosten evenveel raketbrandstof. Ruimtevaartuigen kunnen remmen in de atmosfeer van Jupiter (wat door de sterke zwaartekracht van Jupiter alsnog veel brandstof kost om vanaf Jupiter naar Europa te reizen) of gebruik maken van magneetremming op het enorme magnetische veld, wat brandstof bespaart. Een reis van de aarde naar  het Jupitersysteem kost om en nabij de zes jaar als gebruik wordt gemaakt van passieve voortstuwing (planetary flyby).

Hoe bewoonbaar is Europa?
Het oppervlak van Europa is vrijwel luchtledig en kent temperaturen van honderdvijftig graden onder nul. Een basis op het oppervlakteijs kan beter op veilige afstand van de linae liggen en moet voorzien zijn van een goede bescherming tegen de extreme straling. De zwaartekracht is onvoldoende voor een permanent verblijf van de mens. De lage zwaartekracht betekent dat permanente bewoners in een zwaartekrachtsmolen moeten slapen. Het is het overwegen waard om een basis onder het kilometers dikke ijs aan te leggen. De temperaturen in deze enorm diepe oceaan liggen dichter bij voor aardbewoners aangename temperaturen. De druk is zelfs op een wereld met een zwaartekracht kleiner dan die van de maan echter nog steeds enorm. Ook vermoeden onderzoekers dat er leven zou kunnen bestaan in deze oceaan, wat Europa een eersteklas bestemming voor wetenschappelijk onderzoek zou maken.

Zo mooi zal een onderzeese basis in de Europaanse oceaan er waarschijnlijk niet uit zien...
Zo mooi zal een onderzeese basis in de Europaanse oceaan er waarschijnlijk niet uit zien...

Voordelen van een kolonie op Europa
Europa kent slechts twee grote voordelen. De maan bestaan voor een groot deel uit water, een eerste levensbehoefte voor alle aardse levensvormen en kent waarschijnlijk diep onder de kilometers dikke ijslaag een zoutrijke oceaan. Volgen sommige schattingen bevat deze oceaan drie keer zoveel water als in alle aardse oceanen samen. Deze oceaan kent vermoedelijk temperaturen die niet al te ver onder nul liggen. Het watwer uit de oceaan kan gesplitst worden in waterstof en zuurstof om in te ademen. Een basis op Europa zal – als er leven aanwezig is – vermoedelijk veel interessante wetenschappelijke kennis opleveren. Ook als bron van ijs voor kolonies boven resp. op de kurkdroge planeten Venus en Mercurius is Europa interessant.

Gevaren op Europa
Europa kent geen beschermende atmosfeer en draait om Jupiter, de planeet met het krachtigste en dodelijkste magneetveld in het zonnestelsel. Het oppervlak bestaat uit ijs en is door getijdekrachten voortdurend in beweging.  Wel vormt ijs een goede bescherming tegen kosmische straling. Er is minder zonne-energie dan op aarde. Een basis zal dus haar eigen energie op moeten wekken met behulp van kern(fusie)energie. De zwaartekracht is erg laag; kolonisten zullen dus voortdurend zware oefeningen moeten doen of ’s nachts moeten doorbrengen in een zwaartekrachtscentrifuge.

De diepzee kent allerlei bizarre kostgangers. Dat zal op Europa -als daar leven voorkomt - niet anders zijn.
De diepzee kent allerlei bizarre wezens. Dat zal op Europa -als daar leven voorkomt - niet anders zijn.

Hoe zou een kolonie op Europa er uit zien?
Een kolonie met wetenschappelijke of toeristische doelen zal vermoedelijk onder het ijs gevestigd zijn en veel lijken op onderzeebases.
Kolonisten op het oppervlak kunnen gebruik maken van de ijsvoorraden om hun kolonie mee te bevoorraden. Hun kolonie zal vermoedelijk bestaan uit een grote drukkoepel boven het oppervlak. Het zwakke zonlicht betekent dat de kolonisten energie uit kernsplijting of kernfusie zullen moeten opwekken.

Hoe is Europa tot leefbare wereld om te bouwen?
Jupiter tot miniatuurzon ombouwen, zoals aliens in Arthur C. Clarke’s Space Odyssey-cyclus deden, is met onze huidige techniek (helaas?) niet haalbaar.  Ook zal Europa dan veranderen in een oceaanwereld met een zeer lage zwaartekracht. Het heeft vermoedelijk meer zin om mensen te voorzien van bionische hulpmiddelen om ze te laten overleven in de enorme oceaan die Europa onder het ijs herbergt. Onderzoekers denken dat de sterke radioactieve straling veel water gesplitst heeft in onder meer zuurstof, die door convectie in de diepte terecht is gekomen. Dit zou betekenen dat de diepe oceanen redelijk zuurstofrijk zullen zijn. Eindelijk zeemeerminnen?

De oude London Bridge kende huizen die over de brug heen waren gebouwd.

Land kraken

4 reacties / Maatschappij, Nederland / Door / 1 maart 2011

Met het wettelijke verbod op op kraken is de kraakbeweging stevig in de problemen gekomen. Toch is woningactivisme hard nodig: woningbouwverenigingen besteden hun grote hoeveelheid geld aan directeurssalarissen en prestigeprojecten en laten hun woningbestand verkrotten en de huren (en koopwoningprijzen) rijzen in Amsterdam de pan uit. Wat zijn de oplossingen?

De rampzalige hypotheekrenteaftrek
In de Randstad geven gezinnen vaak meer dan de helft van hun inkomen uit aan woonlasten.

De mobiele eenheid klopt aan bij een kraakpand.
De mobiele eenheid klopt aan bij een kraakpand.

Bij alleenstaanden die zelfstandig wonen is dat soms zelfs nog meer. De hypotheekrenteaftrek, vaak gezien als een “sociale” maatregel die voorkomt dat armlastige woningbezitters geen huis meer kunnen betalen, is in werkelijkheid een prijsopdrijvend mechanisme dat vooral de hoge inkomens bevoordeelt. Ook de huren stijgen op die manier: hoe meer een huis waard is, hoe meer huur een woningeigenaar moet vragen om er wat aan te verdienen. PvdA, D’66 en Groen Links hebben dus domweg gelijk, als ze constateren dat de woningmarkt in Nederland grondig verziekt is.

De werkelijke oorzaak voor hoge woonlasten in de Randstad: schaarste aan woningen
Vooral in Amsterdam , maar in mindere mate ook in andere steden in Noord- en Zuid-Holland is er domweg meer vraag naar woningen dan er bestaan. Woningbouwcorporaties vertikken het goedkope woningen te bouwen omdat ze daar te weinig aan verdienen. Deze woningen moeten door allerlei onnodige ambtelijke bouweisen zo luxe uit worden gevoerd dat de bouwkosten de pan uit rijzen. Bij treinstations wordt nauwelijks gebouwd terwijl dit logische verkeersknooppunten zijn voor reizigers.

Ruimte genoeg
Toch is er ruimte genoeg. Zo kunnen er woningen onder (snel)wegen (20% van de oppervlakte) gebouwd worden, als daglicht via lichtkoepels of lichtbuizen aan wordt gevoerd. Ook boven wegen is nog ruimte genoeg. Bovengrondse bouw levert gezichtshinder op, maar ondergrondse bouw niet. Ook hier geldt: mensen willen wel, maar ambtelijke regels waar niemand om heeft gevraagd verbieden het.

De oude London Bridge kende huizen die over de brug heen waren gebouwd.
De oude London Bridge kende huizen die over de brug heen waren gebouwd.

In feite hoeven ‘slechts’ 30.000 woningen te worden gebouwd om de wachtlijsten in geheel Noord-Holland weg te werken. Kortom: wat ontbreekt zijn niet de mogelijkheden, maar de politieke wil. Zowel links als rechts zal het een rotzorg zijn wat er met woningzoekers gebeurt.

‘Links’ en ‘rechts’ vinden elkaar hier in een pervers monsterverbond. Links “beschermt” de groene ruimte, terwijl rechts verzekerd krijgt dat de particuliere woningmarkt niet instort. Linkse politici zijn niet geïnteresseerd in de middenklasse die op zoek is naar een goedkope koopwoning. Ze zijn niet zielig genoeg. Rechts ook niet, want het aantal eigen-woningzoekers is kleiner dan de gevestigde orde, die graag ziet dat hun huizen duur blijven.

De duivelse scheefwoners
In deze titanenclash komen ook huurders er bekaaid af. Voor mensen op het sociaal minimum zijn er woningen – met een wachtlijst van meer dan tien jaar.  Wee het gebeente van de huurder die het waagt meer te verdienen dan de norm, hij wordt gedwongen te verhuizen. Er is een ware jihad uitgeroepen tegen de “misdadige” scheefwoner. Links ziet deze mensen als schandelijke profiteurs en rechts als uitschot dat de woningmarkt verpest. Beide partijen vinden klaarblijkelijk: gij zult u blauw betalen voor een dak boven uw hoofd.

Politiek zit muurvast, tijd voor harde actie
Het wordt tijd om de volkomen vastgeroeste politieke orde eens even grondig op te schrikken. Het recept hiervoor is als volgt. Koop een lapje grond van minstens zes bij drie meter op een gewenste locatie. Zet hier een omgebouwde zeecontainer neer met zonnepanelen, regenwateropvang en een composttoilet, kortom energieneutraal, zowel gewenst wegens PR als praktische overwegingen. Stal hierin een ongehuwde moeder met jonge bloedjes van kinderen – nog beter: een gepensioneerd paartje – en maak haar de trotse eigenaar. Kleed het huisje een beetje knus aan, geraniums, klompjes aan de voordeur, trapgeveltje voor de hoogstnoodzakelijke couleur locale. Installeer flink wat webcams om het huisje heen.

Zowel links – wegens het zieligheidsgehalte – als rechts -iemand wordt van haar eigendom afgeslagen door zwakzinnige ME-gorilla’s – zal nu zwaar in diskrediet worden gebracht.

Viva la revolución.

Het Zwitserse bedrijf ReVolt beweert een werkende oplaadbare zinkbatterij te hebben ontwikkeld met meer vermogen dan een lithiumbatterij.

Peak lithium: reëel of schijnprobleem?

5 reacties / Wereld, Wetenschap / Door / 1 maart 2011

Lithium is schaars en duur. Veel mensen maken zich zorgen of er wel genoeg lithium is voor alle elektrische auto’s. Er is echter een goede vervanger: zink. Het metaal zink wordt al veel gebruikt in de bouw en industrie. Er is honderd keer zoveel zink beschikbaar als lithium. Zink-luchtbatterijen hebben ook een hogere energiedichtheid dan lithiumbatterijen. Ook bevat zeewater onafzienbare hoeveelheden lithium. Wordt dit de doorbraak van elektrisch vervoer?

Lithiumschaarste
Lithium, het lichtste metaal dat bestaat (massief lithium blijft drijven op water – en vliegt meteen in brand)  is schaars. Weliswaar zit in zeewater per aardbewoner meer dan veertig ton lithium, maar dit is door de lage concentratie zeer lastig te winnen. De winbare lithiumvoorraden zijn lager: ongeveer achtentwintig miljoen ton, dat is vier kilo per mens. Net genoeg voor één elektrische auto met lithiumbatterij per persoon. Dat is de reden dat een aantal mensen zich ernstig zorgen maken. Tot overmaat van ramp: verreweg de meeste winbare lithium zit in een opgedroogde binnenzee die zich uitstrekt over drie Zuid-Amerikaanse landen: Bolivia, Argentinië en Chili. De rest zit in China en – naar vermoedt wordt – in het door de taliban beheerste Zuid-Afghanistan. Ook vormt het lithiumrijke gebied in Bolivia, de Salar de Uyuni, een uniek en kwetsbaar natuurgebied en grote toeristische trekpleister. De Bolivianen hebben begrijpelijkerwijze weinig zin om dit schitterende gebied hetzelfde lot te laten ondergaan als het voor fosfaatmijnbouw totaal kaalgestripte Nauru. Kortom: het is slimmer om een alternatief voor lithium te zoeken.

Het vroegere eiland Incahuasi ligt in het midden van de unieke zoutvlakte Salar de Uyuni. Het volgende slachtoffer van de menselijke kortzichtigheid en fantasieloosheid? Niet als het aan de Bolivianen ligt...
Het vroegere eiland Incahuasi ligt in het midden van de unieke zoutvlakte Salar de Uyuni. Het volgende slachtoffer van de menselijke kortzichtigheid en fantasieloosheid? Niet als het aan de Bolivianen ligt...

Lithium uit ontziltingsfabrieken
De landen in de Sahara beschikken over weinig water, maar zeer veel zonlicht. Ideale omstandigheden dus voor ontziltingsfabrieken die als bijproduct enorme hoeveelheden pekel leveren. Deze pekel bevat hogere concentraties lithium, waardoor winning van lithium uit zeewater economisch toch haalbaar wordt. In feite wordt het natuurlijke proces dat er voor zorgde dat de Salar de Ayuni zo veel lithium concentreerde, hier herhaald. Per liter zeewater komt 0,17 ppm lithium voor. Als de pekel die vrijkomt uit het persen van zoetwater uit zeewater (fabrieken op zonne-energie kunnen dat met een efficiëntie van twee kilowattuur per kubieke meter) verder wordt ingedampt, wordt dit veel meer. Ook is lithiumchloride drie keer oplosbaarder dan de chlorides van natrium en magnesium, de belangrijkste andere metaalionen in zeewater, dus de pekel die overblijft als je flink indampt is erg rijk aan lithium. Kortom: het zou wel eens een slim idee kunnen zijn een lithiumfabriek aan een ontziltingsinstallatie te koppelen.

Het Zwitserse bedrijf ReVolt beweert een werkende oplaadbare zinkbatterij te hebben ontwikkeld met meer vermogen dan een lithiumbatterij.
Het Zwitserse bedrijf ReVolt beweert een werkende oplaadbare zinkbatterij te hebben ontwikkeld met meer vermogen dan een lithiumbatterij.

Zink: de oplossing?
Al tientallen jaren is bekend dat zink-lucht batterijen een zeer hoge energiedichtheid per liter kennen, om precies te zijn zelfs bijna het dubbele van lithium-ion batterijen. De reden: er komt elektriciteit vrij door de reactie van zink met zuurstof uit de lucht, die dus niet meegenomen hoeft te worden. In theorie kan de energiedichtheid met maximaal 10 kWh per liter zelfs oplopen tot die van benzine. Uiteraard is hier uitgebreid onderzoek naar gedaan, maar technische problemen hebben de toepassing tot nu toe beperkt tot wegwerpknoopcellen. Zink kent niet de milieuproblemen die met bijvoorbeeld kwik, lood en cadmium geassocieerd worden, integendeel: zink is een belangrijk sporenelement voor onder meer mensen.Energiebottleneck is de inefficiënte manier waarop zinkbatterijen weer ‘opgeladen’ moeten worden: de zuurstof moet uit het zinkoxide verwijderd worden.

Daartegenover staat dat overheden vermoedelijk erg blij zullen zijn met een zinkgebaseerd batterijsysteem. Illegaal opladen om zo accijns te ontduiken kan niet. Zink-tankstations zullen vermoedelijk bestaan uit een soort parkeervak waar auto’s op gaan staan. Het “lege” pak wordt uit de auto gehesen en vervangen door een vers pak. Althans: een dergelijk design is ontwikkeld bij de Franse autofabrikant Renault, is nu naar buiten gekomen aan de hand van een industrieel spionageschandaal waar China bij betrokken is.

Ook beweert het Zwitserse bedrijf ReVolt er in te zijn geslaagd een herlaadbare zink-lucht batterij te ontwikkelen. Andere experimentele zink-luchtbatterijen kunnen reeds tweehonderd keer herladen worden. Gezien de in theorie enorme energiedichtheid kan  dit wel eens de doorbraak zijn die betaalbare elektrische auto’s mogelijk maakt – de eerder genoemde Tesla Roadster kost rond de ton. Kortom: het zogenaamde peak lithium is een schijnprobleem. Moeder Aarde biedt voldoende gulle gaven om al haar kinderen een menswaardig bestaan te geven. Zolang mensen zich tenminste ook als waardige mensen gedragen – dat wil zeggen hun geestelijke gaven en creativiteit tot het maximum benutten in plaats van deze te verspillen aan wapentuig, fatalisme en religieus dogmatisme.

De bezitters van deze lompe slagschepen dragen flink bij aan de schatkist.

Optimisme, eigenlijk best logisch

5 reacties / Maatschappij, Mensheid, Wereld / Door / 27 februari 2011

Doemdenkers beheersen het nieuws. De ijskappen op de polen brokkelen af, we vergiftigen de lucht met cee oo twee, de olie raakt nu echt op en (afhankelijk van je politieke voorkeur) het islamitische gevaar of extreemrechtse fascisten zullen Nederland, wat heet, heel Europa in een totalitaire staat veranderen. Maar… hebben ze wel gelijk? Wat als we de wereld nu vergelijken met die van dertig jaar geleden, in 1981?

Kommer en kwel
Het gaat volgens bijvoorbeeld onze collega’s van Cassandraclub van kwaad naar erger met onze natuurlijke leefomgeving. Auto’s en elektriciteitscentrales pompen megatonnen kooldioxide de lucht in. In de oceanen sneeuwt het zwerfplastic, dat zeedieren vergiftigt die de voortdurende olierampen en de dodelijke sleepnetten van de veel te grote vissersvloot overleefd hebben. Aardolie en aardgas raken steeds verder uitgeput, peak oil is aangebroken nu steeds meer olielanden de handdoek in de ring gooien en olieimporteur zijn geworden. Er komen steeds meer voedseltekorten. Drinkwatervoorraden raken uitgeput, woestijnen breiden zich uit en steeds toenemende kuddes feiten en ander vee vreten de schaarse vegetatie in de halfwoestijnen kaal.
Op de aarde wonen meer mensen dan de aarde aankan en tot overmaat van ramp groeit de bevolking in Afrika en de islamitische wereld nog steeds snel. Al die mensen verwachten een westerse levensstandaard te kunnen bereiken, maar zelfs om het tegenwoordige welvaartniveau te handhaven is er veel te weinig fossiele brandstof.

Maar tegelijkertijd…
Dertig jaar geleden zuchtte het hele Oostblok, van Karlovy Vary tot Wladiwostok, onder een meedogenloze dictatuur. In Latijns-Amerika werden meedogenloze rechtse dictators als Banzer en Pinochet  met stilzwijgende Amerikaanse steun in het zadel geholpen om het communistische gevaar te keren en werden andere moordzuchtige dictators als Saddam Hussein gesteund met wapens en technologie.

Door zure regen afgestorven bossen zien we de laatste jaren steeds minder.
Door zure regen afgestorven bossen zien we de laatste jaren steeds minder.

Het Zwarte Woud en andere bossen in Centraal Europa verwelkten door de enorme wolken verdund zwavelzuur die de op bruinkool gestookte elektriciteitscentrales in Midden-Europa uitbraakten. Pas na de val van het IJzeren Gordijn kwam naar buiten wat voor enorme milieurampen zijn aangericht in de voormalige Sovjet-Unie.

De rivieren en de lucht in Europa en Noord-Amerika zijn daarentegen nog zelden zo schoon geweest, al was daar stevige druk door organisaties als Greenpeace en groene politieke bewegingen voor nodig. Zelfs de zalm, ooit een veel voorkomende vis in de Rijn, is teruggekeerd (al zijn er nog de nodige ecologische problemen).
Er zijn in de wereld nu minder dictaturen dan ooit, zelfs de hardnekkige despoten in het Midden Oosten ruimen nu een voor een het veld en de bevolking is beter opgeleid en gezonder dan ooit. We kunnen nu technisch gesproken dingen waar science-fictionschrijvers een kwart eeuw geleden alleen maar over konden dromen. De leefomstandigheden in de wereld zijn nu aanmerkelijk beter dan ze dertig jaar geleden waren. In voormalige ontwikkelingslanden waar milieuproblemen vroeger door dictatoriale regimes onder de tafel werden geveegd, bestaan er nu actieve milieubewegingen  die overheden stevig onder druk zetten. En kooldioxide? In feite zijn de laatset twintig miljoen jaar de kooldioxidegehaltes in de lucht onnatuurlijk laag, waardoor planten het veel zwaarder kregen.

Wat gaat de race winnen: menselijke inventiviteit of stompzinnigheid?
Resultaten van het verleden geven geen garantie voor de toekomst, maar in de meer ontwikkelde landen  zien we een continue  trend naar verbetering. Er zijn in West-Europa nauwelijks dingen te noemen die slechter zijn dan dertig jaar geleden, uitgezonderd enige sociale degradatie en de steeds schever wordende inkomensverdeling. We kunnen nu steeds meer waarde produceren met minder grondstoffen en energie. Lossen we het energievraagstuk op en sluiten we de grondstofkringlopen – en er zijn verschillende goede manieren waarop we dat nu al kunnen doen – dan hebben we in principe geen onoplosbare problemen.

Wat we kunnen doen
Hiervoor moeten wel enkele doortastende maatregelen worden genomen. Zo moet de belasting op fossiele brandstoffen nog veel verder omhoog: we zijn aan invoer nu al zeventien miljard euro per jaar kwijt.

De bezitters van deze lompe slagschepen dragen flink bij aan de schatkist.
De bezitters van deze lompe slagschepen dragen flink bij aan de schatkist.

Het verhogen van de maximumsnelheid is niet erg, voorbijscheurende SUV-rijders zijn juist grote weldoeners van de schatkist. Groen Links zou niet zo onaardig tegen deze gulle belastingbetalers moeten doen.
Als het geld van de benzineaccijns maar geheel wordt gestoken in fysieke duurzame energiebronnen (windmolens, biogasinstallaties en subsidies op zonnepanelen en zonnecollectoren)  in plaats van een nieuw blik beleidsambtenaren. Ook moet er fosfaatrecycling komen. Op dit moment spoelen er miljoenen kilo’s per jaar van deze kostbare meststof in zee. Stikstof en kalium is er genoeg, maar fosfor is schaars.

We hebben hier al veel te veel mensen, dus moeten hier alleen immigranten komen waar we wat aan hebben: optimistisch, hoogopgeleid, vrij van kwaadaardige religieuze idiotie, met kennis en culturele bagage die Nederland verrijken. Niet-westers (zoals de VVD-politici zeggen omdat ze het menen en de PVV zegt omdat niet-islamitisch zeggen niet mag van de wet) is een domme eis; juist van intelligente niet-westerlingen kan je het meeste leren omdat ze een heel ander cultureel blikveld hebben. Kortom: liever een ambitieuze Vietnamese boeddhistische ingenieur of een begaafde hindoe-kunstenaar uit Karnataka. Laat Nederland, zoals het al eeuwen is, een baken van intellectuele vrijheid worden en blijven. Voor fundamentalistische dwepers is er meer dan genoeg plek elders op de wereld.

Ruis en slecht zicht is een enorm probleem op een slagveld. Amerikanen denken dit met kwantumverstrengeling op te kunnen lossen.

Wormtunnel in de zon?

1 reactie / Geopolitiek, Maatschappij, Wetenschap / Door / 25 februari 2011

Volgens Einsteins algemene relativiteitstheorie kunnen ze bestaan: wormtunnels. Verbindingen die twee ver van elkaar gelegen plekken in het ruimte-tijd weefsel met elkaar in contact brengen. In theorie zou je door een wormgat sneller kunnen reizen dan het licht. Nu denken een aantal fysici dat er mogelijk wormtunnels in de kernen van sterren zoals onze zon kunnen zitten – en dat we hiervan tekenen kunnen waarnemen.

Een eerdere voorspelling op basis van de algemene relativiteitstheorie Рzwarte gaten Рbleek uitgekomen te zijn. Alleen door aan te nemen dat het om zwarte gaten gaat, kunnen verschijnselen als de geheimzinnige radiobron in het centrum van de Melkweg Sagittarius A* en sterke r̦ntgenbronnen als Cygnus X-1 worden verklaard. Deze objecten vertonen ook veel andere eigenschappen die aan zwarte gaten worden toegerekend. Vandaar dat natuurkundigen ook andere voorspellingen van de algemene relativiteitstheorie serieus nemen Рwaaronder dus het bestaan van wormgaten.

Volle wormgaten
Tot nu toe werd er in berekeningen van uitgegaan dat wormgaten leeg zijn. Lege wormgaten zijn instabiel en moeten me behulp van exotische materie (zo mag je een materiaal met negatieve energie wel noemen) opengehouden worden. E

Wormtunnels maken sneller dan licht reizen mogelijk. Maar... bestaan ze wel?
Wormtunnels maken sneller dan licht reizen mogelijk. Maar... bestaan ze wel?

igenlijk is dit niet logisch. Wormgaten worden gevormd in een omgeving waar de massa zeer geconcentreerd is dus zullen waarschijnlijk vol materie zitten. Vladimir Dzhunushaliev van de Euraziatische universiteit in Kazachstan en enkele anderen hebben dit idee verder uitgewerkt. Met materie gevulde wormgaten zijn zwaar, dus gaan zitten waar zware objecten meestal uiteindelijk in terecht komen: het inwendige van sterren of neutronensterren. De zon, om maar een voorbeeld te noemen, bevat meer dan negenennegentig procent van alle massa in het zonnestelsel. Een dergelijke ster lijkt op het eerste gezicht erg op een “normale” ster. Toch zijn er volgens de onderzoekers een aantal opvallende verschillen.

Ster communiceert sneller-dan-licht met zusterster
Via het wormgat stroomt materie heen en weer tot de sterren evenveel massa hebben: het principe van de communicerende vaten. Deze twee sterren vormen vervolgens een soort Siamese tweeling die op een bizarre manier met elkaar communiceert – door het voortdurend heen en weer stromen van materie van en naar de andere ster ontstaan trillingen. Het gevolg: energieuitbarstingen die zeer sterke kosmische straling moet opleveren. Het betekent dus ook dat er een manier moet zijn om deze sterren op te sporen. Er is echter een maar. De berekeningen houden singulariteiten in – plaatsen waar de algemene relativiteitstheorie ophoudt te functioneren – en hiermee rekenen is uiterst lastig. Een wat te pittige uitdaging voor Dzhunushaliev en zijn team. Hopelijk zal het lukken om alsnog een geschikt theoretisch model op te stellen, zodat we op zoek kunnen naar “wormgat-sterren”.

Bronnen
ArXiv blog
ArXiv

Een puzzel van galactisch formaat: waarom draaien de sterren vlak bij het centrum zo langzaam?

Gedrag melkwegstelsels niet te verklaren met donkere materie

10 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 24 februari 2011

De combinatie van donkere materie, onzichtbare massa die alleen door middel van haar zwaartekracht invloed uitoefent en donkere energie, die de plotseling snelle uitzetting van het heelal moet verklaren, is op dit moment het meest populair om het gedrag van het heelal te verklaren. Gasrijke melkwegstelsels, een type melkwegstelsel met weinig sterren maar veel gaswolken, blijken echter veel beter te beschrijven met de alternatieve zwaartekrachtstheorie MOND. Spannende tijden…

Het fundamentele probleem: waarom draaien de sterren aan de binnenkant van melkwegstelsels niet sneller rond?
Melkwegstelsels gedragen zich vreemd.

Een puzzel van galactisch formaat: waarom draaien de sterren vlak bij het centrum zo langzaam?
Een puzzel van galactisch formaat: waarom draaien de sterren vlak bij het centrum zo langzaam?

Volgens de zwaartekrachtstheorieën van Newton en Einstein moeten sterren die zich vlakbij het centrum van de melkweg bevinden veel sneller rond draaien dan ze in werkelijkheid doen. In het zonnestelsel is dat bijvoorbeeld zo: de binnenplaneet Mercurius beweegt veel sneller in haar baan dan de aarde. Dit blijkt echter niet te kloppen voor melkwegstelsels: buiten de ‘bulge’ blijken de omloopsnelheden van sterren veel minder sterk af te nemen dan voorspeld door Newton en Einstein. Iets moet er dus voor zorgen dat sterren zich zo vreemd gedragen.

Donkere materie?
Volgens donkere-materie aanhangers is dat onzichtbare materie: materie die we niet kunnen waarnemen, behalve door de zwaartekracht. Volgens theorieën hangt er rond elk melkwegstelsel een bolvormige wolk donkere materie. Sterren die ver van de kern afstaan, worden aangetrokken door bijna de hele wolk en draaien dus sneller dan sterren die vlak bij de kern staan (waar de aantrekkingskracht van het grootste deel van de wolk elkaar opheft – als je in het centrum van de aarde zou staan zou je ook niets wegen, dit heet de schilstelling). Donkere materie vliegt door ons heen zonder dat we er wat van kunnen merken. Volgens theorieën zou er vier keer zoveel donkere materie zijn als ‘gewone’ zichtbare materie.  Een belangrijke uitdaging voor de moderne natuurkunde is het vinden van deeltjes die in aanmerking komen om als donkere materie dienst te doen.

Of kloppen onze zwaartekrachtwetten op grote schaal gewoon niet?
Andere kosmologen denken dat het verschijnsel wordt veroorzaakt omdat zwaartekracht zich op zeer grote afstanden anders gedraagt dan door Newton en Einstein voorspeld.

Het reusachtige elliptische melkwegstelsel NGC 1316 is vermoedt men ontstaan doordat gasrijke stelsels met elkaar botsten.
Het reusachtige elliptische melkwegstelsel NGC 1316 is vermoedt men ontstaan doordat gasrijke stelsels met elkaar botsten.

De populairste theorie is MOND, modified newtonian dynamics. MOND voorspelt redelijk nauwkeurig het gedrag van alle typen melkwegstelsels: elliptische stelsels, spiraalstelsels en onregelmatige stelsels. MOND bleek echter niet te kloppen voor nog grotere structuren zoals galactische clusters en superclusters (groepen melkwegstelsels). Ook een botsing van twee melkwegstelsels leverde gedrag op dat niet consistent was met MOND.

Een steuntje in de rug voor MOND is een recente ontdekking van astronoom Stacey McGouch dat MOND het gedrag van gasrijke melkwegstelsels nauwkeuriger verklaart dan welke donkere-materie theorie ook. Gaswolken vormen de kraamkamers van sterren: bevat een melkweg veel gas, dan kunnen zich hierin veel sterren vormen. Het probleem bij eerdere testen van MOND is het gebrek aan meetnauwkeurigheid van stermassa’s in melkwegstelsels. Dit probleem doet zich niet voor bij metingen aan gaswolken. De manier waarop gaswolken tussen sterren licht uitzenden is nauwkeurig bekend, waardoor de massa en rotatiesnelheden van de melkwegstelsels nauwkeurig geschat kunnen worden.
Deze metingen werden bij zevenenveertig gasrijke melkwegstelsels uitgevoerd en inderdaad bleek MOND de waarnemingen het beste te verklaren. Probleem blijft wel dat op zowel kleinere (tot de grootte van het zonnestelsel is MOND maar infinitesimaal weinig afwijkend) als grotere (het gedrag van clusters en superclusters) schaal de bestaande zwaartekrachtstheorieën nauwkeuriger zijn dan MOND. Wat dan de merkwaardige dans van melkwegstelsels wél verklaart? Wie hier het antwoord op weet, kan waarschijnlijk alvast gaan nadenken over wat hij met zijn Nobelprijs gaat doen…

Bron: Physorg/Arxiv

Een zware EMP laat weinig heel van on beschermde elektronica. In één klap zijn we dan terug in de steentijd.

Elektromagnetische puls: hoe bescherm je jezelf tegen EMP?

16 reacties / Maatschappij, Mensheid, Wetenschap / Door / 13 februari 2021

Zowel zonnestormen als atoombommen die hoog in de atmosfeer ontploffen kunnen een EMP opwekken, een elektromagnetische puls met verwoestende werking op niet-beschermde elektronica. Wat kan je als particulier doen om je voor te bereiden?

Wat is EMP, de elektromagnetische puls?

Gewoonlijk bevinden elektronen zich netjes in een baan om de atoomkern. Soms worden elektronen massaal losgerukt van het atoom waar ze bijhoren, door een vloed radioactieve straling of golf kosmische deeltjes bijvoorbeeld. De elektronen nemen de bewegingsenergie van de deeltjes over en bewegen massaal in dezelfde richting. Samen wekken ze, mede in interactie met het aardmagnetisch veld, zo een snel veranderend magnetisch veld op, dat weer een sterk elektrisch veld opwekt. Deze effecten samen heten een elektromagnetische puls, EMP.

Gevolgen van een EMP

Lichamelijk merk je maar weinig van een EMP. De gevolgen voor je elektrische apparatuur zijn veel vervelender.

Een zware elektromagnetische puls laat weinig heel van onbeschermde elektronica. In één klap zijn we door de EMP dan mogelijk terug in de steentijd.
Een zware elektromagnetische puls laat weinig heel van onbeschermde elektronica. In één klap zijn we door de EMP dan mogelijk terug in de steentijd. Bron

Door de snel veranderende magnetische velden ontstaan grote inductiespanningen en dus enorme piekstromen in stroomdraden, die weinig heel laten van gevoelige elektronische onderdelen als transistoren en computerchips. EMP was al langer bekend bij een klein groepje natuurkundigen, maar werd in 1962 over de hele wereld bekend na een uit de hand gelopen kernproef.  Bij bovengrondse kernproeven boven de Stille Oceaan veroorzaakte een enkele kernontploffing het doorbranden van straatverlichting en elektronische apparatuur op Hawaii, vele honderden kilometers verderop. De Sovjets slaagden er met Project K zelfs in een ondergrondse stroomkabel in Kazachstan zulke hoge piekstromen op te wekken dat een naburige elektriciteitscentrale in de stad Karaganda in brand vloog. Op hogere breedtes is het magnetisch veld sterker en het EMP-effect veel groter. Vermoedelijk daarom zijn bovengrondse kernproeven sinds die tijd verboden.

EMP-wapens

Uiteraard is een wapen om in één klap de vijand totaal mee lam te leggen de droom van iedere generaal. Geen wonder dus dat beide nucleaire grootmachten sindsdien EMP-wapens hebben vervolmaakt en ook kleinere versies voor precisie-aanvallen hebben ontwikkeld. Zo kan je met een sterke EMP-puls de auto-elektronica van een wegvluchtende auto door laten branden. Een grote vloed gammastraling, afkomstig van de kernexplosie, ript zoveel elektronen los dat hierdoor een elektrisch veld van miljoenen volt per meter wordt opgewekt. De gevolgen hiervan zijn verwoestend: vergeet niet dat elektrische en magnetische velden elkaar beurtelings opwekken. Vaak blijft zoveel restlading achter dat ook dit restje alsnog in staat is ellende te veroorzaken.

Niet alleen kernexplosies, ook zeer zware zonnestormen hebben een dergelijk vernietigend effect. Als de zonnestorm van 1859 zich weer herhaalt, hebben we een serieus probleem.

Hoe voorkom je dat een elektromagnetische puls je elektrische apparatuur verwoest?

In principe brengt een kooi van Faraday, dat is een afgesloten en (uiterst belangrijk) geaarde (dat is: elektrisch met de aarde verbonden)  elektrisch geleidende kooi of doos. Kleinere voorwerpen hoeven  niet te worden geaard.Aardingskabels kunnen zelfs werken als antenne.

Metalen zijn zeer goede stroomgeleiders, die alles binnen de kooi beschermen. Dat is helaas niet het gehele verhaal. Een sterke stroom, zoals door de Kooi van Faraday, wekt op zijn beurt een magnetisch veld op. Ook binnen de kooi. Dat op zijn beurt wekt weer een elektrisch veld op, waardoor je kostbare chips alsnog doorbranden. Er is dus dubbele ‘shielding’ nodig. Voor echt zware EMP-aanvallen (de nieuwste EMP-wapens) moet zelfs een driedubbele laag aangebracht worden. De geleider mag uiteraard de elektronica niet raken. De elektronica moet geheel ingekapseld liggen in de geleider, elke opening biedt een plek waar de EMP-puls kan (en zal) toeslaan. De isolerende laag moet minimaal tweetiende millimeter dik zijn (zwaar plastic is in principe voldoende).

Een eenvoudiger oplossing: leg je telefoon en andere kleine elektronica in een magnetron: dit is een kooi van Faraday. Een magnetron is zo ontworpen dat deze radiostraling binnenhoudt. Om precies die reden houdt de metalen kooi van een magnetron radiostraling ook buiten.

Bron (onder meer): Future Science

Een Kardashev-1 beschaving kan in principe het weer controleren. Over twee eeuwen zijn er dus mogelijk nooit meer orkanen.

Kardashev – de vijf Trappen van Kardashev

6 reacties / Ideeën en techniek, Mensheid, Universum, Wetenschap, Zonnestelsel / Door / 4 september 2021

De menselijke beschaving is nog steeds niet de wieg die de aarde is, ontgroeid. Dat heeft denkers als astrofysicus Nikolai Kardashev er niet van weerhouden om na te denken hoe onze beschaving zich in de verre toekomst zal ontwikkelen. Hij onderscheidde vijf Trappen van Kardashev. Zullen we de vijfde trap van Kardashev bereiken voor we onszelf vernietigen?

Alles is energie

Hoe een toekomstige beschaving er uit komt te zien, weten we niet. Zal er een manier gevonden worden om sneller dan het licht te reizen? Zullen we wonen in enorme zwevende ruimtekolonies zo groot als de maan? Of zal de mens worden vervangen door intelligente machines? Zal het toekomstige economische systeem nog steeds kapitalisme zijn of een volkomen nieuw systeem? Een ding is in ieder geval zeker: elke beschaving wordt gekenmerkt door de mate waarin deze energie gebruikt.

Meer dan tien keer zo veel energie als de oude Romeinen

We hebben onze welvaart bereikt omdat we veel meer energie kunnen gebruiken dan bijvoorbeeld de oude Romeinen. Pper persoon meer dan tweeduizend watt. Ter vergelijking: de Romeinen of de middeleeuwers, moeten het met minder dan honderd watt doen. Tweehonderd watt is de maximale arbeid die het menselijk lichaam gedurende langere tijd kan leveren. Economische groei is vrij nauw verbonden met de mate waarin we energie kunnen gebruiken. Zo lag door de economische recessie rond 1982 het wereldenergiegebruik lager dan twee jaar eerder. Er zal geen economische groei (of zelfs maar de huidige welvaart) zijn als we geen vervanger vinden voor de nu snel uitgeput rakende fossiele brandstoffen.

Als we het energieprobleem hebben opgelost is het daarom te verwachten  dat toekomstige beschavingen veel meer energie zullen gebruiken dan wijzelf. We kunnen zelfs vrij nauwkeurig voorspellen welke technologische doorbraken behaald kunnen worden aan de hand van de benodigde energie. Om die reden heeft Nikolai Kardashev zijn classificatiesysteem van beschavingen gebaseerd op energie. En wel door deze te rangschikken naar energieverbruik. Het heelal om ons heen beschikt over enkele duidelijke mijlpalen die hiervoor gebruikt kunnen worden. Dat zijn de beschikbare energie op de aarde, in het zonnestelsel, de melkweg en het universum.

De formule van Sagan
Astronoom Carl Sagan bedacht een vrij simpele formule om het Kardashevniveau van een beschaving te meten. Deze is afgeleid van het energieverbruik als volgt: [latex]K = \frac{\log_{10}{W}-6} {10}[/latex]. Dit benadert vrij mooi de opeenvolgende stappen in de Kardashev-schalen die rond de tien miljard, tien tot de macht tien, liggen.  De hele aarde (Kardashev-1) krijgt maar een tienmiljardste van de energie van de zon (Kardashev-2) etcetera. Daarom wordt gedeeld door tien: de logaritme van een getal geeft bij benadering het aantal nullen. Log duizend is drie, log miljoen is zes, log tien miljard is tien. Een megawatt, het vermogen van een kleine windmolen, is dus Kardashev-nul. De spierkracht van alle mensen samen heeft een vermogen van Kardashev 0,6. Het Romeinse Rijk met al zijn slaven haalde een schamele 0,4. Als we in deze formule het energieverbruik van de aarde in 2020 invullen, 15 terawatt (=1,5 x 1013 watt), scoren we nu dus 0,718.

Kardashev één: de wereld is niet genoeg

Onze beschaving verbruikt met vijftien terawatt veel energie. Maar deze energie vormt maar een kleine fractie van alle energie die op aarde beschikbaar is.

Kardashev
Een Kardashev-1 beschaving kan in principe het weer controleren. Over twee eeuwen zijn er dus mogelijk nooit meer orkanen.

We staan op de Kardashev-schaal dan ook nog maar rond de 0,7. Alle zonne-energie die op het aardopppervlak neerstraalt vertegenwoordigt 120.000 TW, achtduizend keer zoveel.

Hoe stompzinnig de mensheid bezig is wordt pas echt duidelijk als je je bedenkt dat we maar zeven procent van al ons energieverbruik uit directe en indirecte zonne-energie (waterkracht en wind) halen. De rest bestaat uit fossiele brandstoffen (85%)  en de enigszins duurzame kernenergie. Dat is zes procent, al moet dan wel worden overgeschakeld op kweekreactoren.

1% van het aardoppervlak bedekken met zonnepanelen is reeds voldoende om alle energie te leveren die de mens nu nodig heeft. Met een geschat groeipercentage van 3% per jaar duurt het bijna een eeuw voor de woestijnen vol staan.

Ondertussen zullen uiteraard al zwevende zonnecentrales actief zijn. De zon schijnt in de ruimte altijd en er is geen hinderlijke atmosfeer. Kortom: Kardashev-één ligt tussen de honderd en tweehonderd jaar na nu, als we huidige trends mogen doortrekken.

Kardashev twee: de zon melken

Hoewel de hoeveelheid zonlicht die op de aarde valt enorm is, is het maar een tien miljardste van alle energie die de zon uitstraalt: 3,8 * 1026 watt.

Wetenschapper Dyson bedacht een enorme schil die we om de zon kunnen bouwen om zo alle energie van de zon te benutten.
Wetenschapper Dyson bedacht een enorme schil die we om de zon kunnen bouwen om zo alle energie van de zon te benutten.

Een vergevorderde beschaving kan alle zonlicht dat nu de ruimte in straalt opvangen met zwevende zonnecentrales en verwerken tot bijvoorbeeld antimaterie of het gebruiken om sterrenschepen naar andere sterren te sturen.

Om voldoende zonnecentrales te bouwen zouden planeten als Mercurius en Venus uit elkaar gesloopt moeten worden. Of we moeten de benodigde constructiematerialen van de enorme gasreuzen Jupiter en Saturnus of de twee kleinere ijsreuzen Uranus en Neptunus halen. Een zinniger plan, want er zijn aanwijzingen dat Mercurius en Venus de omloopbaan van de aarde in evenwicht houden)

Kardashev drie: een heel melkwegstelsel aftappen

De gehele zon is nu omgeven door een donkere wolk van dof gloeiende energiecentrales, die een indrukwekkende bevolking (of gigantische machines) kunnen ondersteunen. Echter: de zon is maar een miezerig sterretje vergeleken met de energie die honderden miljard andere sterren uitstralen. Om het maar niet te hebben over de hoofdprijs. Namelijk het enorme zwarte gat in het centrum van het melkwegstelsel. Zwarte gaten kunnen, weten we uit astronomische waarnemingen van quasars, werkelijk ongehoord grote hoeveelheden energie kan opwekken, meer dan alle sterren bij elkaar.

Kortom: het volgende agendapunt voor onze verre nazaten is het ombouwen van het hele melkwegstelsel tot een enorme energiecentrale. Alle honderden miljarden sterren zullen voorzien worden van zwevende zonnepanelen. Het altijd hongerige zwarte gat in het centrum van de melkweg zal mogelijk een centrale worden waar waardeloze uitgebrande sterren heen gesleept worden om opgestookt te worden. Objecten die in zwarte gaten vallen, leveren namelijk tot tientallen procenten van hun massa op in energie. De donkere materie als energiebron aftappen – als dat zou lukken – zou nog veel meer energie opleveren. De totale hoeveelheid energie in het melkwegstelsel ligt vermoedelijk rond de 4 x 1037 W, honderd miljard maal meer dan die van de zon.

Kardashev Vier: het universum ombouwen

Ons melkwegstelsel is niet uniek, maar heeft biljoenen soortgenoten.  Een echt vergevorderde beschaving zou zijn begerige ogen laten gaan over de onafzienbare hoeveelheid andere melkwegstelsels. Afstanden worden nu een enorm probleem. Immers, zelfs het licht doet een miljoen lichtjaar over de reis naar onze buur, het Andromedastelsel. Maar een beschaving met voldoende hulpbronnen kan uiteraard zelfvermenigvuldigende ruimteschepen met snelheden in de buurt van de lichtsnelheid op weg sturen naar andere sterrenstelsels.

Sommige uitvinders geloven dat we de enorme nulpuntenergie kunnen aftappen.
Sommige uitvinders geloven dat we de enorme nulpuntenergie kunnen aftappen.

Volgens de laatste inzichten zet het heelal nu zo snel uit dat het niet zal lukken om de rest van het waarneembare heelal te bereiken. Dit betekent dat alleen de Lokale Groep en de Virgocluster, waar de Lokale groep deel van uitmaakt, in aanmerking komen.

Alle gas in melkwegstelsels is maar een deel van de totale hoeveelheid materie in het universum. Er is veel meer gas in de intergalactische ruimte, zij het zeer dun verspreid. Megalomane beschavingen zullen ook deze willen oogsten. Alle licht van de sterren in het zichtbare universum samen heeft een vermogen van 2 x 1049 W, een miljard maal meer dan die van het melkwegstelsel.

Mogelijk kunnen we ook de donkere energie temmen. Er is nog maar één natuurkundige constante die hier boven ligt: het Planck-vermogen van 3,63 x 1052 W, bijna tweeduizend keer zoveel. Is dit een maat voor de werkelijke hoeveelheid energie die ons universum verbruikt en die werd omgezet tijdens de Big Bang? Niemand weet het. We weten wel dat voor bepaalde kosmologische theorieën het erg makkelijk rekenen is met dit Vermogen van Planck.

 

Kardashev Vijf: parallelle heelallen aftappen

Tot voor kort was deze gedachte science fiction, maar uit de recente ontdekking van enorme ringen in de kosmische achtergrondstraling weten we dat er in het prille begin van het heelal waarschijnlijk andere heelallen met het onze zijn gebotst. De (overigens uiterst speculatieve) snaartheorie stelt dat er miljarden parallelle heelallen bestaan. Volgens de veel-werelden interpretatie van de kwantummechanica splitst ons heelal zich voortdurend in dochterheelallen.

Er zijn aanwijzingen gevonden dat ons heelal niet uniek is en in botsing is gekomen met andere heelallen.
Er zijn aanwijzingen gevonden dat ons heelal niet uniek is en in botsing is gekomen met andere heelallen.

Ons heelal zal na vele miljarden jaren uitgebrand zijn. Zelfs de allerzuinigste rode dwergen doven langzaam na duizend miljard jaar. Kortom het zou wel eens een erg verstandig idee kunnen zijn om te proberen op tijd weg te komen uit dit universum. Een verder gaand plan is zelf nieuwe universa uit het niets scheppen en de energie aftappen die vrij komt door met universums te spelen.

Misschien kunnen we de hoger dimensionale equivalent van ruimtetijd, zoiets als ylem, zo manipuleren dat hier onvoorstelbare hoeveelheden energie uit vrij komen. Er is geen religie, de hindoeïstische uitgezonderd, die aan deze mogelijkheid heeft durven denken. Hier begeven we ons op compleet onbekend terrein. Als wetenschappers een manier ontdekt om naar een ander universum te reizen, hebben we in één klap al Kardashev Vijf bereikt. De vermogens van de mens zullen dan ongekend zijn. Laten we hopen dat we tegen die tijd de ergste stommiteiten verleerd hebben.