zonnestelsel

Video: wat als de maan zou worden vervangen door een planeet van het zonnestelsel?

Onze maan staat op een afstand van ongeveer 400.000 km van de aarde. Voldoende ruimte om zelfs de gasreus Jupiter op de plaats van de maan te plaatsen. We weten uit waarnemingen van exoplaneten dat er gasreuzen in de bewoonbare zones van andere sterren dan de zon zwerven. Wat als de aarde een maan was geweest van een gasreus?

Door de enorme zwaartekracht van bijvoorbeeld Jupiter zou de aarde altijd dezelfde kant richting Jupiter richten. ‘Dagen’ op aarde zouden dus gelijk zijn aan de omlooptijd rond Jupiter, rond de 4 tot 5 dagen. Ook zou de aarde door het gebrek aan rotatie nauwelijks een magnetisch veld kennen en dus ingebed zijn in het magnetische veld van Jupiter. Alleen de atmosfeer zou dan de aarde beschermen tegen de dodelijke straling van Jupiters magnetosfeer.

 

Als een gasreus de plaats van de maan zou innemen, was de aarde zelf een maan geworden. Bron: https://pixabay.com/nl/users/chadonihi-634818/

StarTram: tram naar de sterren

Met een nieuw, visionair plan willen enkele ruimtewetenschappers de ruimte definitef openleggen. De meest uitgebreide versie van Startram kan zelfs mensen voor de kosten van een rond-de-wereld ticket in low earth orbit brengen.

StarTram, een soort rail gun?

Het voorgestelde lanceersysteem Startram werkt niet met raketten of raketbrandstof, maar door elektromagnetische aandrijving. Elektromagneten versnellen een gemagnetiseerde drager op rails en lanceren de lading uiteindelijk in de stratosfeer. Er zijn al veel plannen ontwikkeld voor een magnetische accelerator, zowel in science fiction als op NASA-tekentafels, maar tot nu toe is geen het laboratoriumstadium voorbij gekomen.

StarTram
StarTram in actie. Bron: StarTram

Volgens de bedenkers van Startram heeft hun geesteskind wel kans van slagen. Startram maakt gebruik van nu al verkrijgbare technologie en is volgens de bedenkers commercieel haalbaar. Dus zou in principe gebouwd kunnen worden. Een van de ontwikkelaars is dr. James Powell, mede-uitvinder van supergeleidende maglev treinen. Mede-initiatiefnemer dr. George Maise, een ruimtevaartingenieur die hiervoor aan Brookhaven National Laboratories verbonden was, heeft voldoende ervaring om dit idee in praktijk te brengen.

Alleen vracht voor 20, of ook passagiers voor 60 miljard

De bedenkers hebben twee verschillende modellen voorgesteld: een versie die alleen vracht kan vervoeren (Generation 1). Dit model kost ongeveer 20 miljard dollar (plm. 16,3 miljard euro, zeg maar een klein bankreddinkje a la ABN Amro) en tien jaar om te bouwen. Deze versie kan tegen een hoge berg gebouwd.

De krachtiger passagiersversie, Generation 2, zou rond de 60 miljard dollar kosten (plm. 47 miljard euro, een achtste van wat er in Afghanistan doorheen is gedraaid om de Afghanen te “bevrijden” van zichzelf). Deze uitgebreidere versie kan in rond de 20 jaar voltooid worden. De Generation 2 is maar liefst 1609 km lang en reikt tot een hoogte van 20 km in de stratosfeer. De lancering werkt door miljoenen ampères stroom door zowel  supergeleidende kabels op de grond, als door een kabel boven de buis te sturen. Deze (in tegengestelde richtingen bewegende) stromen stoten elkaar vervolgens af, waardoor  de buis blijft zweven.

Door de enorme lengte kunnen passagiers na een geleidelijke versnelling een snelheid van 9 km/s bereiken zonder door dodelijke g-krachten tot moes te zijn gedrukt. Bij deze enorme snelheden is de luchtweerstand enorm. Vandaar dat de elektromagnetische versnelling plaats vindt in een luchtledige buis.

Enorme kostenbesparing

StarTram
Het werkingsprincipe van de zwevende buis. Twee enorm sterke elektrische stromen stoten elkaar af.

Beide uitvinders wijzen er op dat lanceren via een Startram-achtig systeem vele malen goedkoper is dan lanceren met een raket. Een kilogram lading in low earth orbit brengen kost nu rond de tienduizend dollar. Met de Startram zou dit slechts vijftig dollar kosten, waarvan slechts een procent energiekosten. Ruimtereizigers naar het internationale ruimtestation ISS kunnen hun ticketkosten drukken van 20 miljoen tot vijfduizend dollar.

Is StarTram een realistisch plan?

Onderzoekers van Sandia National Laboratories hebben het plan doorgerekend, op zoek naar fouten, maar hebben geen ernstige gebreken in de opzet kunnen vinden. De voornaamste technische uitdaging is opschalen van bestaande systemen. Voor zowel de tunnel als de ruimtevaartuigen is een supergeleidende niobium legering nodig, die wordt gekoeld tot 4 kelvin. Dit is zeer koud, deze temperatuur van 4 graden boven het absolute nulpunt komt alleen binnen bereik met het zeer schaarse helium.

Dit plan zou inderdaad de ruimte open kunnen leggen en plannen om asteroïden te ontginnen of andere planeten te koloniseren realistisch maken. Zwakke punten zijn m.i. de zeer sterke magnetische velden die op worden gewekt. Dit kan de vlucht van trekvogels, alsmede de vele andere wezens  die gevoelig zijn voor magnetisme, ontregelen. En ook de krankzinnig grote hoeveelheden helium die nodig zullen zijn.

Aan de andere kant, hiermee kunnen we wel dat helium gewoon uit de ruimte halen. Want planeten als Jupiter bestaan er voor een groot deel uit. Wat denken jullie?

Verder lezen

Bron: 

Website – StarTram

Reis naar de kern van de aarde, en andere hemellichamen

Hoe zou het zijn om een reis naar de kern van de aarde te maken? Vergeet onzin als de speelfilm Core. De druk op grotere diepten is extreem hoog: gigapascals en meer, dus duizenden atmosfeer. [1] Het meest hittebestendige materiaal, hafniumcarbonitride, kan de temperatuur aan, zij het met moeite[2]. In het echt kunnen we dus nog niet een vaartuig bouwen, waarmee we door het gesmolten binnenste van onze planeet kunnen reizen. In onze fantasie kan dat gelukkig al wel.

Als voorproefje een snelle tear down van elk belangrijk hemellichaam in het zonnestelsel. Om te beginnen met het centrale punt van het zonnestelsel: de zon. Ook Mercurius en andere planeten komen aan de beurt.

Hoe zou de aarde er op honderd kilometer diepte uit zien? Op duizend kilometer? En in de gloeiendhete metalen bol, die de kern van de aarde vormt? In deze documentaire van National Geographic maken we een reis van anderhalf uur lang naar het binnenste deel van de aarde: de withete binnenkern.

Reis naar de kern van de aarde – belangrijker dan het lijkt

Langzamerhand stolt de binnenkern, waardoor de vloeibare buitenkern steeds dunner wordt. Dat is slecht nieuws. De stromingen in de buitenkern worden daardoor steeds zwakker, en hiermee het aardse magneetveld. Dit gaat een probleem worden ongeveer een miljard jaar na nu. Want zonder magneetveld maken zonnevlammen korte metten met onze lucht en water. Maar gelukkig is een miljard jaar een lange tijd. We hebben dus nog wel even de tijd om een oplossing te vinden voor dit probleem.

Opvallend is de dunne korst. Een reis naar de kern van de aarde stopt dus in werkelijkheid al snel. Toch speelt ons leven zich af op en in dit dunne laagje. Bron: Kelvinsong - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=23966175
Opvallend is de dunne korst. Een reis naar de kern van de aarde stopt dus in werkelijkheid al snel. Toch speelt ons leven zich af op en in dit dunne laagje. Bron: Kelvinsong – Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=23966175

Bronnen

  1. Emily Sarafian at al., Experimental constraints on the damp peridotite solidus and oceanic mantle potential temperature, Science, 2017, Vol. 355, Issue 6328, pp. 942-945, DOI: 10.1126/science.aaj2165
  2. V.S. Buinevich et al., Fabrication of ultra-high-temperature nonstoichiometric hafnium carbonitride via combustion synthesis and spark plasma sintering, Ceramics International, 2020
Het aardmagnetisch veld wordt opgewekt door stromingen in de aardkern. Als deze stoppen, hoe vervangen we die dan? - NASA

Kunstmatig magnetisch veld om de aarde te redden?

In de verre toekomst, rond de 2 miljard jaar na nu, zal de convectie in de aardkern tot stilstand komen en het aardmagnetisch veld verdwijnen. Met de aarde zal dan gebeuren wat eerder met Mars gebeurde: een genadeloos bombardement van zonnewind zal de atmosfeer langzaam maar zeker uitputten en de aarde uitdrogen. Kan een kunstmatig magnetisch veld de aarde redden? Hoe sterk zou dit moeten zijn?

Hoe ontstaan magnetische velden?
Magnetisme bestaat alleen omdat de speciale relativiteit bestaat. Sterker nog: de speciale relativiteitstheorie is rechtstreeks af te leiden uit de vier fundamentele vergelijkingen van Maxwell die alle elektromagnetisme beschrijven. Een elektrische lading die beweegt, wekt een magnetisch veld op. Ook bestaan er elementaire magneetjes in de vorm van ijzeratomen of microstructuren, zoals in keramische magneten van neodymium en samarium. Deze wekken ook een magnetisch veld op: de reden waarom permanente magneten bestaan.
Op deze schaal zijn permanente magneten niet praktisch. We richten ons daarom op elektromagneten.

Het aardmagnetisch veld wordt opgewekt door stromingen in de aardkern. Als deze stoppen, hoe vervangen we die dan? - NASA
Het aardmagnetisch veld wordt opgewekt door stromingen in de aardkern. Als deze stoppen, hoe vervangen we die dan? – NASA

Hoe sterk is het aardmagnetisch veld?
Het aardmagnetisch veld heeft op de aardoppervlakte een sterkte van 25 tot 65 microtesla’s. Dit is op het eerste gezicht niet erg sterk: het veld van een sterke neodymiummagneet is tienduizenden malen sterker. Echter: dit veld omvat de gehele aarde. Om de zonnewind af te weren, moet een veld worden geconstrueerd dat minimaal dezelfde grootte en sterkte heeft.

Hoe vervangen we dit aardmagnetisch veld?
De eenvoudigste oplossing is een elektrisch supergeleidende spoel die om de aarde zweeft. Denk bijvoorbeeld aan een locatie op tienduizend kilometer van de aardkern, dus rond de 3 500 km boven de aardoppervlakte. Dit betekent een totale lengte per winding van rond de 62 800 km. Deze ring is in principe instabiel, dus moet voortdurend worden bijgestuurd en in de juiste baan worden gehouden.

Hier moet vervolgens een sterke stroom doorheen worden gestuurd. Voor een te bereiken veldsterkte van 50 microtesla en tienduizend windingen is dan in principe een stroom van 50 000 ampère toereikend om dit veld op te wekken. Japanse wetenschappers zijn er in 2014 in geslaagd om 100 000 ampère op te wekken en door een supergeleidend circuit te laten vloeien.

In theorie is deze oplossing dus zeker mogelijk. Echter: de bouw van 620 miljoen kilometer supergeleidende kabel die nooit mag haperen, zal zeer veel grondstoffen vergen. Wellicht is het dan slimmer om ionkanalen te openen – in de ruimte heerst vacuüm – die door richtringen worden gestuurd. Zeg maar een soort deeltjesversneller rond de aarde.

Oplossing voor Mars en Venus?
Deze techniek kan nu al worden gebruikt om een toekomstig geterraformeerd Mars te beschermen tegen de zonnewind. Omdat Mars veel kleiner is dan de aarde en de flux van de zonnewind maar de helft is, zou dit systeem kleiner kunnen.
Voor Venus zal een twee keer zo sterke veldsterkte, en hiermee stroomsterkte, nodig zijn om hetzelfde effect te bereiken.
Venus zal grondiger aangepakt moeten worden: zo moet de planeet weer in rotatie worden gebracht en verlost van de verstikkende deken koolstofdioxide. De hoeveelheden energie die hier voor nodig zijn, vereisen een Kardashev-II beschaving en liggen nog ver buiten ons bereik.

Het einde van het zonnestelsel zal vermoedelijk komen omdat de zon uitgeput raakt. Bron: Wikimedia Commons

Video: einde van het zonnestelsel

Als de aarde wordt getroffen door bijvoorbeeld een komeet, kunnen we nog naar Mars vluchten. Maar wat als ook het zonnestelsel wordt vernietigd?

Het zonnestelsel bestaat al zo lang als de aarde: 4,55 miljard jaar. In zijn bestaan heeft het zonnestelsel al enkele verwoestende episodes meegemaakt. Zo dragen de maan en de aarde de sporen van de Late Heavy Bombardment en hebben eerder de gasreuzen Uranus en Neptunus banen gewisseld, waardoor het zonnestelsel werd ontwricht. Maar wat als een rode dwerg het zonnestelsel doorkruist? Of, uiteindelijk, de zon een rode reus wordt en de aarde op zal slokken? Vragen die voorlopig nog niet spelen, maar toch…

Het einde van het zonnestelsel zal vermoedelijk komen omdat de zon uitgeput raakt. Bron: Wikimedia Commons
Het einde van het zonnestelsel zal vermoedelijk komen omdat de zon uitgeput raakt. Bron: Wikimedia Commons

Werkt de grootste planeet van het zonnestelsel als een zwaartekrachtslens van donkere materie? bron: NASA

‘Donkere materie veroorzaakt elfjarige zonnecyclus’

De zon kent meerdere cycli, waarvan de elfjarige zonnevlekkencyclus de belangrijkste is. Al eerder is astronomen opgevallen dat deze cyclus ongeveer in de maat loopt van de omloop van Jupiter, die enkele maanden langer, 11,8 jaar duurt. Is donkere materie de verklaring voor de cyclus? Ja, zegt een zeer speculatief artikel.

Het röntgenmysterie
De helderheid van de zon varieert in het zichtbare domein met enkele duizendsten in de loop van elf jaar. De variatie in röntgenstraling is veel groter: op sommige punten van de zonnecyclus is deze honderd maal zo sterk als op andere punten. Er moet een zeer energetisch krachtig proces zijn, dat deze geheimzinnige variatie veroorzaakt. Niemand weet wat deze variatie precies veroorzaakt, al zijn er vermoedens, zoals magnetische velden.

Jupiter als zwaartekrachtslens
Nu is een groep astronomen met een nieuwe verklaring gekomen. Volgens hen is donkere materie, die de zon treft, de verklaring voor de bizarre veranderingen. De reuzenplaneet Jupiter zou hier een cruciale rol in spelen: deze planeet, in samenwerking met de andere planeten, werkt volgens de onderzoekers als een zwaartekrachtslens, die een bundel donkere materie op de zon richt. Dit zou dan weer het periodieke gedrag veroorzaken. De sterkste asymmetrische factor buiten het zonnestelsel is uiteraard het Melkwegstelsel waar we deel van uitmaken. Een samenspel tussen Jupiter en de galactische donkere materiestromen zou dan de periodieke fluctuaties veroorzaken.

Werkt de grootste planeet van het zonnestelsel als een zwaartekrachtslens van donkere materie? bron: NASA
Werkt de grootste planeet van het zonnestelsel als een zwaartekrachtslens van donkere materie? bron: NASA

Barycentrum
Op de middelbare school heeft u geleerd dat de planeten om de zon draaien. Dit is in feite onjuist. Zon en planeten draaien om een gemeenschappelijk zwaartepunt, het barycentrum, dat in de praktijk neerkomt op een punt tussen de Zon en Jupiter dat vlak boven de ‘oppervlakte’ van de zon ligt. Een buitenaardse astronoom kan aan de schommelingen van de zon daarom zien dat de zon een zware reuzenplaneet heeft: in feite is dit een bekende manier om zware exoplaneten te vinden.

Stromen van donkere materie
In veel modellen van donkere materie bewegen de donkere materiedeeltjes vrij langzaam, rond een duizendste van de lichtsnelheid. Zwaartekrachtsvelden worden bij deze lage snelheden belangrijk. De theorie van de auteurs, dat de zon geregeld een ‘douche’ van donkere materie te verwerken krijgt, die door de planeten de richting van de zon op wordt gebogen, is daarmee op zich aannemelijk. Het kan interessant zijn om na te gaan waar deze stroom donkere materie vandaan komt: hoe staan de planeten ten opzichte van de rest van de Melkweg uitgelijnd als de zonnevlekkenactiviteit maximaal, of juist minimaal is? De auteurs raden aan om rekening te houden met deze kosmische invloeden bij het opzetten van toekomstige donkere materie detectie-experimenten. Wellicht dat we dan twee hardnekkige raadsels in een keer kunnen oplossen, en misschien in de verdere toekomst een overvloedige bron van gratis energie af kunnen tappen.

Bron
Konstantin Zioutas et al., The 11-Years Solar Cycle As The Manifestation Of The Dark Universe, ArXiv preprint server, 2013

Video: reis over Titan

in deze korte video van een minuut of twee, gemaakt door NASA, maak je een duikvlucht over het bizarre landschap van de Saturnusmaan Titan. Titan is ijzig koud: het gesteente bestaat uit waterijs en de inhoud van de meren uit ethaan, hier op aarde een gas. Een duik in een van de meertjes zou je dan ook letterlijk in steen doen veranderen.

Opmerkelijk genoeg bevindt zich diep onder het ijzige oppervlak een ondergrondse oceaan. De getijdewerking van Saturnus en de hoge druk maakt het water hier vloeibaar. Hieronder bevindt zich weer een rotsachtige kern. Opmerkelijk genoeg kent Titan dus als enige lichaam in het zonnestelsel twee hydrosferen: één bestaande uit water en één bestaande uit ethaan. En hiermee in theorie twee domeinen voor leven…

Deze schitterende computergraphic van design-laorosa.com geeft een indruk hoe Mars er in een zeer ver verleden uitzag.

Nieuw aanwijzing voor ontstaan leven op Mars

Alleen op de planeet Mars had het leven kunnen ontstaan. De reden is dat alleen op Mars extreem geoxideerde mineralen voor kunnen komen, die niet op aarde voorkomen. Dat stelt geneticus Steven Benner. Volgens professor Benner van het Amerikaanse Westheimer Institute for Science and Technology wijzen recente studies uit dat deze bijzondere omstandigheden, die geschikt zijn voor het ontstaan van het leven, nog steeds op Mars bestaan.

 ‘Extreme droogte op Mars maakte ontstaan leven mogelijk’
Alleen als ionen van molybdeen, een metaal, in hoge mate geoxideerd raken, is het element in staat om te beïnvloeden hoe het eerste leven zich vormde, legt Bernard uit. Deze vorm van molybdeen is nooit beschikbaar geweest op aarde op het moment dat het leven is ontstaan, omdat 3 miljard jaar geleden de oppervlakte van de aarde over heel weinig zuurstof beschikte. Mars was echter een ander verhaal. Dit is weer een ander bewijsstuk dat doet vermoeden dat het leven niet op aarde, maar op Mars is ontstaan aldus de hoogleraar.
De oppervlakte van Mars heeft nu een extreem rode kleur omdat het ijzer aan de oppervlakte sterk geoxideerd is. Daardoor is alle zuurstof uit de atmosfeer van Mars opgeslorpt. Enkele miljarden jaren geleden was deze zuurstof nog wel aanwezig.

Deze schitterende computergraphic van design-laorosa.com geeft een indruk hoe Mars er in een zeer ver verleden uitzag.
Deze schitterende computergraphic van design-laorosa.com geeft een indruk hoe Mars er in een zeer ver verleden uitzag.

De “teerparadox”
Het onderzoek dat Benner zal presenteren op de Goldschmidt conferentie in de Italiaanse stad Florence , lost twee lastige paradoxen op die het moeilijk voor xenobiologen maken om te begrijpen hoe het leven heeft kunnen ontstaan op aarde. Benner noemt dit de “teerparadox”. Alle levende dingen bestaan uit organische stof, maar als je energie zoals warmte of licht aan organische moleculen toevoegt en ze verder met rust laat ontstaat er geen leven. In plaats daarvan veranderen ze in een vorm van teer, olie of asfalt. Bepaalde elementen, zoals boor en molybdeen, schijnen in staat te zijn om de omzetting van organische stof in teer af te remmen, dus de onderzoeksgroep van Benner gelooft dat mineralen die beide bevatten van fundamenteel belang zijn voor het ontstaan van het leven. Analyse van meteorieten die afkomstig zijn van Mars heeft kort geleden laten zien dat er boor op Mars aanwezig is. “wij geloven nu dat dat ook geldt voor de geoxideerde vorm van molybdeen”, aldus Benner.

De “waterparadox”
Miljarden jaren geleden was de aarde een oceaanplaneet is die totaal was overdekt met water. Dit zou niet alleen hebben voorkomen dat zich boormineralen konden vormen – deze komen nu alleen op de zeer droge plaatsen als Death Valley voor – maar ook zou dit hebben voorkomen dat zich lange RNA-ketens konden vormen. Er zijn sterke aanwijzingen dat RNA het eerste genetische molecule was, bijvoorbeeld omdat de voor leven fundamentele ribosomen, die RNA in eiwit vertalen, uit RNA bestaan en omdat RNA in tegenstelling tot DNA, ook enzymen (ribozymen) kan vormen. RNA valt in water binnen enkele dagen uit elkaar. RNA kan zich alleen in een droge omgeving vormen. Er was water op Mars, maar dat bedekte veel kleinere gebieden dan op de vroege aarde.

Zijn wij allen marsmannetjes?
De bewijzen hopen zich op dat hij in feite allemaal marsmannetjes zijn dat het leven op Mars is begonnen en naar de aarde reisde op een steen. De aarde is echter een stuk gastvrijer voor leven dan Mars, dus is het maar goed dat het leven is verhuisd naar de aarde.

Bronnen
1. Goldschmidt Conferentie 2013
2. We may all be Martians: New research supports theory that life started on Mars, phys.org (2013)

Lees ook
UPDATE: Zijn we allen Marsmannetjes?

 

Artist impression van een neutronenster up close.

Video: aarde vernietigd door neutronenster

Een neutronenster is een extreem dichte bol neutronenvloeistof van ongeveer vijftien kilometer doorsnede met hierin de massa van een complete ster, typisch rond anderhalve tot iets meer dan drie zonsmassa. De gevolgen als een dergelijke compacte ster op de aade afkomt laten zich raden. De aarde wordt compleet kapotgetrokken door de verpletterende zwaartekracht. Bekijk hier de spectaculaire animatie, afkomstig uit een NGC docu.

Ter geruststelling: neutronensterren in de buurt zouden we reeds lang geleden al op hebben gemerkt vanwege hun enorm sterke zwaartekrachtseffecten. De dichtsbijzijnde neutronenster, PSR J0108-1431, bevindt zich op 770 lichtjaren afstand.

Artist impression van een neutronenster up close.
Artist impression van een neutronenster up close.

De manen van ons zonnestelsel

This collection of videos looks at five of the most intriguing worlds that we’ve managed to visit over the last fifty years, including The Moon, Europa, Phobos, Deimos and Titan.

From the first human footsteps on another world to the most distant spacecraft landing in history, our neighborhood of moons has always played a central role in our exploration of the planets.

Europa. The quest to find life elsewhere in the universe is biggest in modern science. An ice covered ocean on a small world orbiting Jupiter may hold the answers to this fundamental question.

Phobos and Deimos. Named after the Greek gods of fear and dread, Mars’s two moons remained undiscovered until the late 19th century. Since the start of the Space Race they’ve been minor supporting characters in our quest to understand the Red Planet, but an ambitious new mission may be about to move them center stage.

Titan. The landing of the Huygens probe in 2005 unveiled the surface of Saturn’s mysterious largest moon for the first time in history. Six years on, the data from the mission and its Cassini mother craft has revealed it to be a fascinating world of methane lakes, rainstorms and cryo-volcanoes. This film brings us the latest news from the orange world, including audacious plans for a return splashdown.

The Moon. When Apollo 17 lifted off from the lunar surface in 1972, it ended the greatest chapter of exploration in human history. For nearly 40 years the moon has remained abandoned and untouched. But the secrets locked up in the Apollo samples are continuing to change our view of our nearest neighbor.