Visionair

De geÃ¯soleerde ligging van Japan maakt dat het land maar weinig kanten op kan.

Japan reikt naar de sterren

3 reacties / Geopolitiek, Wereld, Zonnestelsel / Door admin / 19 december 2010 19 december 2010

Het kleine land Japan is wereldkampioen robuuste, nauwkeurige techniek en robotica. Hét recept voor succesvolle ruimtevaart. En voor grondstoffen.

Japan, opgesloten tussen een vijandige reus en de zee
De ligging van Japan, een geïsoleerde eilandengroep ten oosten van het machtigste land van Azië, maakt dat het land geopolitiek gesproken maar weinig kanten op kan, behalve omhoog.

Het bewoonbare deel van de Japanse archipel is maar anderhalf keer zo groot als Nederland. het land beschikt nauwelijks over grondstoffen. De sterke opkomst van China vermindert op dit moment de Japanse invloed in de regio, die toch al vijandig tegen de Japanners staat vanwege het oorlogsverleden.

Wereldkampioen robotica
De Japanse bevolking veroudert nog sneller dan hier en men wil problemen zoals in Europa met slecht integrerende gastarbeiders voorkomen. De reden dat de Japanners prioriteit geven aan de ontwikkeling van robotica.
Robots zijn om meerdere redenen geknipt voor ruimtevaart. Ze vereisen slechts een energiebron, niet een complex leefsysteem zoals mensen en kunnen veel extremere omstandigheden, denk aan dodelijke radioactiviteit, hitte en koude, verdragen dan mensen.

Extreem kwaliteitsbewustzijn
De reden dat Japanse auto’s veel populairder zijn in Afrika dan bijvoorbeeld Europese auto’s is dat ze nauwelijks storingen vertonen. Dit is het gevolg van een andere Japanse eigenschap: de obsessie met kwaliteit die zijn oorsprong vindt in de Japanse zen-filosofie.
Werken is in Japan een vorm van mediteren waarbij het werk zo volmaakt mogelijk uitgevoerd moet worden.

De Japanse zen-filosofie inspireerde niet alleen deze tuin, maar ook het Japanse kwaliteitsbewustzijn.

Deze eigenschap komt zeer van pas bij het bouwen van extreem complexe systemen als ruimteschepen. Het was dan ook een kwestie van tijd voor de Japanners zich realiseerden wat voor hun land de meest voor de hand liggende en effectiefste toekomststrategie is. De rest van het zonnestelsel, denk alleen al aan de planetoïdengordel, is namelijk bezaaid met die grondstoffen waar de Japanse industrie om schreeuwt. Na een serie mislukkingen in het begin hebben de Japanners nu NASA-technieken gekopieerd en zijn die nu aan het vervolmaken.

Slim gebruik van beperkte hulpbronnen
Japan beschikt niet over de enorme hulpbronnen van de Verenigde Staten of over een groot leger om die elders te gaan roven. De Japanse ruimtevaartorganisatie JAXA heeft een jaarlijks budget van drie miljard euro, minder dan een tiende van NASA en minder dan de helft van dat van ESA, de Europese ruimtevaartorganisatie.

IKAROS, het Japanse zonnezeil plus zonnepaneel. Bron: JAXA

Toch zijn er opmerkelijke successen geboekt. Japan lanceerde april 2010 het eerste werkende zonnezeil, IKAROS, met een doorsnede van twintig meter en 7,5 micrometer dik. Het zonnezeil is tegelijkertijd ook een zonnepaneel en levert waardevolle kennis voor betere zonnepanelen op.

De opvolger van Ikaros, uitgerust met ionenmotor en een zonnezeil van 50 meter doorsnede, gaat later dit decennium naar Jupiter en de Trojanen – een wolk grondstofrijke asteroïden in de Lagrangepunten op de omloopbaan van Jupiter.

Jupiter zelf is een enorme schatkamer van schaars helium.

Mijnbouw in de Trojanen
Slagen de Japanners er in een zichzelf replicerende mijnbouwrobot te ontwikkelen en die op de Trojanen te laten landen, dan zou Japan wel eens schatrijk kunnen worden van de opbrengsten. Vermoedelijk wordt dat een vervolgproject als na de missie van eind dit decennium de minerale samenstelling van de Trojanen bekend is.

Maanbasis
In Japan bestaan al langer plannen voor een onbemande maanbasis, gepland in 2020, die grondstoffen voor de Japanse industrie oogst. De maan is maar 1,3 lichtseconde ver weg, dus robots op de maan kunnen direct vanuit Japan bestuurd worden. Er is al een proces uitgedokterd om maanbeton te maken. De kosten: twee miljard euro, nog niet eens een halve Betuwelijn dus.

Zo moet de geplande Japanse maanbasis er uit komen te zien. Bron: JAXA

De maan beschikt over veel titanium, andere schaarse metalen en vermoedelijk veel helium-3. De wedloop voor de maan is nu pas echt ingezet nu ook China en India (India zit met hetzelfde probleem als Japan: weinig geld en grondstoffenschaarste) missies naar de maan sturen. Hopelijk zullen dan ook de Europeanen uit hun winterslaap ontwaken.

Wij hebben namelijk een vergelijkbaar probleem als Japan en India: weinig grondstoffen en we hebben ook geen zin ze met grof geweld uit andere landen te gaan halen. Samenwerken met de VS en beide democratisch geregeerde landen zou wel eens veel op kunnen leveren.

Vitaly Efimov werd uitgelachen maar kreeg veertig jaar na de publicatie van zijn voorspelling door een experiment gelijk.

Efimov-ringen: nieuwe vorm van materie gevonden

4 reacties / Universum, Wetenschap / Door Germen Roding / 18 december 2010 18 december 2010

Het periodiek systeem van scheikundeles uit de middelbare school krijgt concurrentie.

Borromeaanse ringen. Het weghalen van één ring betekent dat de twee andere ringen uiteen vallen.

Bosonen, een bepaalde groep elementaire deeltjes, blijken weliswaar niet in paren, maar wel in drietallen een stabiele binding te kunnen aangaan. Dit opent een venster op totaal nieuwe materialen. En kunnen we eindelijk het raadsel van kwantumverstrengeling oplossen?

De Russische, later naar de VS geëmigreerde natuurkundige Vitaly Efimov voorspelde in 1970 dat bepaalde kwantumdeeltjes die geen paren kunnen vormen, onder bepaalde omstandigheden wel drietallen kunnen vormen. Deze drietallen hebben iets weg van Boromiaanse ringen: haal er eentje weg en de twee andere ringen laten los.

Bosonen en fermionen: een kwestie van spin
Spin is een bizarre kwantumeigenschap die je kan opvatten als de draairichting en -snelheid van een deeltje. Een bal kan je in allerlei richtingen, snelheden en linksom of rechtsom laten tollen. Een kwantumdeeltje kan alleen linksom of rechtsom tollen met hele of halve eenheden. Een spin van bijvoorbeeld 0,33 kan dus niet.

In kwantumtermen kunnen alle deeltjes in twee groepen worden verdeeld: bosonen met een heeltallige spin en fermionen (die een halftallige spin hebben). Bosonen, bijvoorbeeld lichtdeeltjes en helium-4 atomen, zijn de spreekwoordelijke makke schapen. Het is vrij makkelijk om ze bij elkaar in de buurt te brengen. In kwantumtermen: hun golffuncties overlappen elkaar.

Dat is bij fermionen (bijvoorbeeld elektronen en helium-3 atomen) heel anders: de kans dat ze bij elkaar in de buurt komen is nul (het Pauliverbod). Twee fermionen (denk aan elektronen in een supergeleider) kunnen wel een Cooperpaar vormen dat bosoneigenschappen heeft: de spin van beide deeltjes samen wordt een geheel getal. Zo bestaat supervloeibaar helium-3 uit Cooperparen helium-3 atomen.

Efimov-trio’s
Efimov voorspelde in 1970 dat deeltjes met een heeltallige spin, bosonen dus, onder bepaalde omstandigheden een stabiel drietal konden vormen. De interacties gaan resoneren en houden elkaar dan precies in evenwicht. Het effect is bij ‘gewone’ atomen extreem zwak, de reden dat pas in 2006 Efimov-trio’s zijn aangetroffen in cesiumdamp. Pas toen was er de techniek om atomen tot onder een miljoenste graad boven het absolute nulpunt te koelen.

Wat is het praktisch nut?
Op dit moment, 13,5 miljard jaar na de Big Bang: nul. Zelfs in de ijskoude ruimte tussen de sterren is de temperatuur nog drie kelvin, miljoenen malen te hoog. Misschien dat we er een nieuw type quantumcomputer mee zouden kunnen bouwen of een ultragevoelige detector, bijvoorbeeld van zwaartekrachtsgolven.

Voorbeelden van ingewikkelder Efimov-structuren, 'atomen'. Klik voor een vergroting. Bron: Arxiv/Nils Baas

Interessanter is dat we materie kunnen scheppen die niet is beperkt tot onze drie dimensies. Topologisch wiskundige Nils Baas heeft nog veel ingewikkelder structuren dan de simpele Boromiaanse ringen berekend. Waar uiteraard nog veel extremere koeling voor nodig is. Baas denkt ook dat deze ingewikkelde structuren wel eens kwantumverstrengeling, wat de wetenschap al tachtig jaar hoofdpijn bezorgt, zouden kunnen verklaren.

Zeer verre toekomst
Op dit moment gaan kosmologen er van uit dat de uitzetting van het heelal steeds sneller zal gaan door een op hol geslagen kosmologische constante en dat we uiteindelijk tot atomen uit elkaar zullen worden gerukt. Klopt die theorie niet, en dat zal niet voor de eerste keer zijn in de geschiedenis van de wetenschap, dan is er een goede kans dat ons heelal in de verre toekomst afkoelt tot miljoenste graden boven het absolute nulpunt.

In deze verre toekomst zijn sterren volkomen uitgebrand. De “behaaglijke” drie kelvin van de achtergrondstraling is dan zo laag geworden dat Efimovstaten de regel worden. Wie weet vormt zich dan een nieuwe ijle vorm van materie, die zeer traag zal reageren. Een nieuwe Efimov-chemie. En nieuw intelligent leven, een soort gaswolk, dat onze wereld misschien wel ziet als een vernietigende Big Bang…

De velociraptor, een snelle roofdino en een nauwe verwant van de eerste vogels, kon niet vliegen, maar beschikte al wel over een lichte bouw en veren. Die eigenschappen komen namelijk ook van pas om snelle prooidieren te vangen. Bron: Wikipedia

Evolutie veel sneller dan gedacht

11 reacties / Filosofie, Wetenschap / Door admin / 16 december 2010 21 december 2010

In een baanbrekend onderzoek is nu aangetoond dat evolutie veel sneller kan verlopen dan tot nu toe wiskundig voor mogelijk werd gehouden.

Voor creationisten is de vermeende wiskundige onmogelijkheid van snelle evolutie een geliefd argument om de evolutietheorie mee naar het rijk der fabelen te wijzen.

De kans dat bijvoorbeeld de voorouder van de vogels of de vleermuizen door spontane mutaties ineens ging vliegen is vrijwel uitgesloten.

Wiskundige Herbert Wilf en twee gepensioneerde hoogleraren nemen in hun model aan dat iedere tussenliggende stap een klein evolutionair voordeel opleveren. Ze laten hiermee zien dat zich op deze manier een nieuwe eigenschap relatief snel kan ontwikkelen.

Uit eerdere computersimulaties is al bekend dat zich in slechts enkele honderden generaties uit een oogvlek een oog kan ontwikkelen. Nu is voor het eerst een rigide wiskundig model opgesteld.

Kortom: de creationisten kunnen weer op zoek naar een nieuw argument.

Bron Physorg.com

De beroemde ringen van Saturnus zijn vermoedelijk afkomstig van een door Saturnus uit elkaar getrokken maan.

Ringen Saturnus ontstaan door gecrashde maan

2 reacties / Wetenschap, Zonnestelsel / Door Germen Roding / 15 december 2010 15 december 2010

Volgens berekeningen van wetenschappers blijken de ringen ontstaan door de vernietiging van een maan ter grootte van de Saturnusmaan Titan, 5000 km doorsnede.

Volgens de berekeningen vond de ramp 4,5 miljard jaar geleden plaats, vlak na het ontstaan van de aarde.
De ringen en de ijsmaantjes in het ringenstelsel zijn het overblijfsel van de ijsachtige schil. De rotsige kern werd opgeslokt door Saturnus.

De maan werd afgeremd door de toen nog aanwezige gasenvelop rond Saturnus en bewoog naar binnen. De getijdekrachten, die op aarde eb en vloed veroorzaken, kneedden de maan tot het ijs smolt. Na ongeveer tienduizend jaar bereikte de maan het punt, de Roche-limiet, waarop de getijdekrachten zo sterk werden dat de maan in stukken gebroken wordt. De ijsfragmenten en het gesmolten water werden langzamerhand van de maan los getrokken en belandden in de ring, terwijl de zwaardere rotskern langer zijn samenhang behield en werd opgeslokt door de planeet.
De gasenvelop is ondertussen verdwenen: opgeslokt door Saturnus of weggeblazen door de zonnewind.

Deze nieuwe theorie verklaart waarom het ringenstelsel van Saturnus voor 95% uit ijs bestaat en niet voor een groot deel uit rots. Ook verklaart de theorie waarom zich dicht bij Saturnus ijsmaantjes vormden, terwijl manen die verder van de planeet staan veel rots bevatten.
De definitieve test van deze theorie volgt in 2011 als ruimtesonde Cassini de massa van de ringen gaat meten.

Bron: Nature

De zeeslak Elysia chlorotica maakt zijn eigen voedsel uit zonlicht. Alleen een beginpopulatie aan bladgroenkorrels moet hij nog uit algen halen.

Dieren die op zonlicht leven

8 reacties / Wereld, Wetenschap / Door admin / 14 december 2010 6 februari 2011

Door biotechnologie slagen we er mogelijk in om dieren te ontwikkelen waarbij voeren niet meer nodig is.

Op dit moment zijn er al enkele diersoorten, alle ongewerveld, die samenwerken met eencelligen die in staat zijn tot fotosynthese. De meeste dieren die samenwerken met algen huisvesten de eencelligen in hun lichaam, waar ze de suikers oogsten die de algen aanmaken.

Zeeslak op weg naar plantenbestaan
Het grootste succesverhaal is de zeeslak Elysia chlorotica. Deze slak in de vorm van een blad is in staat om zelf chlorofyl, het groene pigment in planten dat zonlicht invangt, aan te maken.

De slak oogst één keer in zijn leven algen, die met uitzondering van de chloroplasten, bladgroenkorrels, geheel worden verteerd. Als de slak later in zijn leven een maaltje algen voorbij ziet komen, zal hij dit niet versmaden, maar noodzakelijk om in leven te blijven is dat dan niet meer. Er zijn Elysia’s gekweekt die een jaar lang – de levensduur van de slak – genoeg hadden aan de chloroplasten van één algenmaal.

En dat is merkwaardig, immers chloroplasten kunnen zich weliswaar vermenigvuldigen, maar hebben dan wel behoefte aan een bron van chlorofyl en andere bouwstenen. Onderzoekers vonden in het DNA van de slak genen van de alg die precies dit deden en die ook actief werden als de slak aan licht werd blootgesteld. De enige bottleneck voor de slak zijn de chloroplasten zelf. De slak slaagt er niet in de chloroplasten in haar eicellen mee te geven aan jonge slakken.

Grote voordelen
De omzetting van zonlicht in dierlijk weefsel is een nogal energieverspillend proces. Eerst wordt door de plant het zonlicht omgezet in glucose, de bouwsteen van suikers. Dit glucose wordt weer omgezet in andere stoffen die de plant nodig heeft, zoals eiwitten, vetzuren, zetmeel en cellulose.

Als de plant wordt gegeten door een dier, moeten deze stoffen in voor dieren verteerbare stukjes worden omgezet (wat ook weer energie kost). Sommige moleculen, cellulose bijvoorbeeld, kunnen dieren helemaal niet verteren. Andere moleculen heeft het dier niet in de hoeveelheden nodig. Ook moeten eerst bacteriën de uitwerpselen van dieren afbreken tot minerale zouten zodat planten die op kunnen nemen.

Als het dier zelf deze stappen over kan slaan betekent dat, dat de opbrengst vele malen groter wordt en hiermee goedkoop dierlijk eiwit binnen bereik komt. Op dit moment zorgt veeteelt voor enorme milieuprobnlemen: elke kilo vlees (met 60% of meer water) kost twee tot twintig kilo droog plantaardig voer om te produceren. Het dier kan dan een kleine hoeveelheid voer, rijk in mineralen, krijgen en produceert de rest zelf. Grote nauwelijks voor landbouw geschikte gebieden kunnen dan weer teruggegeven worden aan de natuur. Ondervoeding zal steeds minder een issue zijn.

Als de mens even effectief als een plant in staat zou zijn om energie uit zonlicht te halen, zou een dagje zonnen gelijk staan aan een kleine maaltijd.

Knutsel je eigen plantvis
Om fotosynthese in bijvoorbeeld vissen in te bouwen, moet als eerste stap een deel van het algen-genoom in het DNA van de vis worden ingebouwd.

Sommige vissen hebben een groene kleur als camouflage. In de toekomst ook omdat ze chlorofyl gebruiken?

De techniek hiervoor, DNA recombinatie, is bekend en wordt al massaal gebruikt. Dat is nog niet genoeg: er moet ook een triggermechanisme in worden gebouwd dat bestanddelen van chloroplasten aanmaakt als ze nodig zijn, onder invloed van licht bijvoorbeeld. Verder zouden stikstofbindende bacteriën handig zijn, stikstof is essentieel voor eiwitten.

Een alternatief is wellicht ammoniumzouten in het water oplossen. Het efficiëntste met algen samenwerkende koraal produceert ongeveer tachtig gram koolstof (overeenkomend met 160 gram drooggewicht) per vierkante meter per dag. De vis zal een grote staart of plat lichaam moeten krijgen om maar aan veel oppervlak te komen.

Meest geschikte plaats
Uiteraard komen de tropen, verrassend genoeg vooral de woestijngebieden, het meest in aanmerking voor deze kweekinstallaties. Om een kilo vlees te produceren is al gauw 20.000 liter water nodig. Bij deze vissen is dat maar enkele liters.

De aardappelvormige planetoÃ¯de Eros. Wat liet stofjes uitgroeien tot planetoÃ¯den? De zwaartekracht is daarvoor te zwak.

Voorouderster zaaide planetenzaden

Laat een reactie achter / Universum, Zonnestelsel / Door admin / 13 december 2010 15 december 2010

Er is op dit moment nog geen enkele theorie die echt overtuigend verklaart waar de eerste planeten vandaan komen en hoe een stofwolk zich verdichtte. Het probleem dat keer op keer optreedt is de noodzakelijkheid van de aanwezigheid van condensatiekernen. Voor bijvoorbeeld regendruppels is hier niet veel voor nodig, elektromagnetische krachten (die verantwoordelijk zijn voor condensatie van water) zijn sterk.

Zwaartekrachts-condensatiekernen
Zwaartekracht is veel en veel zwakker, daarom moeten zwaartekrachtcondensatiekernen veel groter zijn: bij de temperaturen in een interstellaire stofwolk ongeveer zo groot als een grote planetoïde of kleine maan. Volgens de huidige theorieën zou condensatie beginnen bij zeer kleine stofjes. De meeste stofdeeltjes in interstellaire stofnevels zijn ongeveer zo groot als de golflengte van infraroodstraling: enkele micrometers (duizendste millimeter). Volgens de theorie zouden eerst door elektromagnetische aantrekking, daarna door zwaartekrachtswerking de stofjes elkaar aantrekken.

De ‘missing link’ tussen stofjes en planetoïden ontbreekt
Het probleem met deze theorie: de zwaartekracht is voor kleine objecten veel te zwak. Zo is de zwaartekracht die twee menselijke lichamen op een meter afstand van elkaar uitoefenen ongeveer zo groot als het gewicht van een grote bacterie. Toch weten we uit de vervalsnelheid van radioactieve elementen zoals uranium en thorium dat de voorouderster van de zon niet al te lang geleden moet zijn ontploft en de stofwolk heeft geproduceerd. Iets moet er voor hebben gezorgd dat het proces van samensmelting veel sneller is gaan verlopen, dus de wolk hebben ingezaaid met grote zwaartekrachtskernen.

Het familieverhaal van de zon
Wellicht dat we hiervoor verder terug in de tijd moeten, om precies te zijn bij de ontploffing van de voorouder van de zon, een enorme zuurstofrijke O-ster. In vaktermen was dat een type IIa supernova. Als sterren van die grootte de geest geven, zijn ze opgebouwd uit concentrische schillen fusieproducten. Uit nieuwe computersimulaties en ook uit waarnemingen aan supernova 1987A blijkt dat de explosie van supernova’s een zeer chaotisch proces is.

Van de mooie concentrische schillen hiernaast blijft dan weinig over. Brokken schil, bijvoorbeeld de nikkel-ijzer kern en silicium-zuurstof in het midden, worden dan ver weg geslingerd.

Voorouder zon zaaide planetenzaden

Misschien verklaart dit waarom de aarde en Mercurius zo’n grote nikkel-ijzer kern hebben. Domweg een groot stuk ontplofte ster dat in de loop van miljoenen jaren andere brokstukken ster opgeslokt heeft. In sommige meteorieten is gesteente afkomstig van andere supernova’s aangetroffen.

Een ander groot raadsel wordt ook zo opgelost. Dit is waarschijnlijk de reden waarom de producten van het zogenaamde r-proces, een proces waarbij atoomkernen steeds weer neutronen invangen tot de neutronlimiet, zeg maar in een natuurlijke kernreactor zitten, niet waargenomen is bij supernova 1987a. Het r-proces is nodig om te verklaren waarom atoomkernen op aarde doorgaans dicht bij de maximale neutronenlimiet zitten.

Uiteraard merk je niets van die producten als die niet in de vorm van gas, maar massieve brokken sterkern rondzwerven. Zaden als het ware die zich later zullen ontwikkelen tot nieuwe planeten en sterren. Een hypothese die we nog niet in print hebben gezien.

‘Aarde begon bestaan als gasreus’

3 reacties / Wetenschap, Zonnestelsel / Door admin / 12 december 2010 12 december 2010

Deze nieuwe theorie lost een aantal netelige problemen op. Zoals: waarom vormde zich in de asteroïdengordel geen nieuwe planeet?

In den beginne was er een grote wolk van gas en stof, zo begint het moderne scheppingsverhaal. Het centrum ontwikkelde zich tot de zon. De rest van de wolk trok samen tot een schijf. Hierin vormden zich grote rotsblokken, die kleinere rotsblokken opslokten en een atmosfeer van gas verzamelden. In de buurt van de zon werden de lichte gassen weggedampt, zodat alleen ver van de zon, ter hoogte van Jupiter, planeten tot gasreuzen konden uitgroeien.

Inslagen op een gasreus, zoals van de komeet Shoemaker-Levy op Jupiter, leiden niet tot brokstukken, maar groei van de gasreus.

Problemen met de standaardtheorie
Een mooi en overtuigend verhaal, maar helaas zijn er een aantal vervelende dingen die we met deze theorie niet kunnen verklaren. Uit berekeningen en ook uit waarnemingen blijkt dat asteroïden en kometen door botsingen niet groter, maar juist kleiner worden. Veel meteorenzwermen zijn het resultaat van uiteengevallen kometen. Het grote ringenstelsel rond Saturnus is bijvoorbeeld het overblijfsel van een door een botsing gesloopte ijsmaan. Ook weten we nu dat bijvoorbeeld ijsreus Uranus de nodige avonturen in het zonnestelsel er op heeft zitten.

Aarde was gasreus
Een nieuwe theorie, bedacht door de Russische astronoom Sergey Nayakshin, stelt nu dat de planeetvorming niet met rotsblokken, maar met gasplaneten begon. Gas is in tegenstelling tot vacuüm stroperig en remt kleine objecten af. Botsende gasbollen breken niet in stukken uiteen, maar smelten samen. Net zoals zich de zon vormde door een lokale verdichting, zouden zich ook kleinere gasbollen hebben gevormd, misschien ter grootte van Uranus of Neptunus. Deze gasbollen slokten alles in hun baan op en begonnen gassen als waterstof te verliezen toen de zon heter werd.

Gasbollen worden afgeremd
Door de wrijving van het gas in de protoplanetaire schijf werden sommige gasbollen al in een vroeg stadium tot een baan vlak bij de zon afgeremd. Ter hoogte van de asteroïdengordel worden ook vaste bestanddelen uit de atmosfeer gedumpt, wat de ophoping van puin in de gordel verklaart.

De protoplanetaire schijf zag er ongeveer zo uit.

Asteroïdengordel verklaard
Uit astronomische berekeningen blijkt dat binnen de baan van de asteroïdengordel, een puinring tussen de aardachtige planeet Mars en de gasreus Jupiter, gasreuzen instabiel zijn. Sterke getijdeneffecten van de zon en zonnestraling rukken de gasreus uiteen zoals nu met de gloeiend hete gasreus WASP 12B gebeurt. Vermoedelijk is de dichte koolzuuratmosfeer van Venus hier nog een overblijfsel van. Op aarde komt zeven keer zoveel deuterium, zware waterstof, voor als op Jupiter, nog een sterke aanwijzing dat de aarde vroeger een enorme waterstofatmosfeer moet hebben gehad waarbij de ‘normale’ waterstof door de zon is weggeblazen.

Een heet hangijzer voor Nayakshin blijft de oorsprong van de ijsbrokken in de Oort- en Kuipergordel, gebieden voorbij de baan van ijsreus Neptunus waar kometen vandaan komen.

Femtotechniek: zijn machines zo groot als een atoom mogelijk?

4 reacties / Universum, Wereld, Wetenschap / Door admin / 11 december 2010 25 november 2022

Atomen zijn bijna helemaal leeg. Sommige visionaire natuurkundigen durven dus al na te denken over een techniek die nu nog extreem ver buiten ons bereik ligt: femtotechniek.

Nanotechniek: atomenlego
De tijd dat atomen voor het eerst zichtbaar werden gemaakt met een elektronenmicroscoop ligt nog maar pas achter ons. Steeds meer onderzoekers stellen zich niet meer tevreden met een hele massa atomen tegelijk te manipuleren – scheikunde – maar willen apparaatjes en materialen atoom voor atoom samenstellen.

Atoom bestaat uit leegte
Een nanometer is een miljoenste millimeter. Atomen bevinden zich op nanoschaal – zo is een waterstofatoom 0,05 nanometer groot. Het grootste atoom, cesium, is zes keer zo groot.

femtotechniek

Er passen dus twintig miljoen waterstofatomen of drie miljoen cesiumatomen op een millimeter. Klein, dat zeker. Maar de atoomkern is nog honderdduizend maal kleiner. Zou een atoom zo groot worden als heel Nederland, dan zou de atoomkern drie meter groot zijn. Of voor de echte visionairen: als een atoom zo groot zou zijn als de aarde, past de kern nog net in de Kuip.

Femtotechniek
Een femtometer, de grootte van een kleine atoomkern, is een miljoen maal kleiner dan een nanometer. De hoeveelheid lege ruimte in een atoom is werkelijk immens. Als je nullen en enen uit protonen en neutronen zouden bestaan, zou je in theorie in een enkel atoom meer informatie kunnen proppen dan op duizend complete ultramoderne harde schijven. Volgens sommigen is dat meer dan de informatie in een menselijk brein. Je zou dan alle herinneringen van de complete wereldbevolking kunnen plaatsen in een kleine bacterie. Wel zou die bacterie ongeveer een ton wegen.

De femtowereld: extreem energierijk en snel
Er zijn maar drie stabiele subatomaire bouwstenen: protonen, neutronen en elektronen. Zelfs losse neutronen vallen in gemiddeld tien minuten uit elkaar. Op atoomkernschaal zijn er maar twee krachten echt relevant: de nucleaire kracht, die protonen en neutronen aan elkaar laat kleven (een overblijfsel van de extreem sterke kernkrachten die quarks op elkaar uitoefenen binnen protonen en neutronen) en de elektromagnetische kracht. De zwakke kernkracht, die bijvoorbeeld protonen in neutronen kan omzetten, is extreem veel zwakker dan deze twee titanenkrachten.

De aantrekkingskracht tussen quarks is heel erg sterk: voldoende om een massa van duizend kilo op te tillen. Het restje hiervan is net voldoende om de ook extreem sterke elektromagnetische kracht die de protonen uit elkaar probeert te rukken, te overwinnen.

femtotechniek, maar dan fout — Voorlopig dieptepunt van femtotechniek: de atoombom.

De neutronen werken als lijm om de protonen bij elkaar te houden, terwijl protonen voorkomen dat neutronen uit elkaar vallen. Er zijn in zware atoomkernen daarom veel meer neutronen dan protonen.

Al deze processen vinden extreem snel plaats, denk aan femtoseconden (een femtoseconde staat tot een seconde als een seconde is tot dertig miljoen jaar). Een miljoen maal sneller dan elektronica.

Worden atoomkernen te groot, de grens ligt achter het (zeer zwak radioactieve) halfmetaal bismuth, dan is er voor zover we weten geen enkele combinatie van protonen en neutronen meer die de kern stabiel houdt. Alle elementen zwaarder dan bismuth, de metalen uranium en plutonium bijvoorbeeld, zijn daarom radioactief: ze vallen spontaan uit elkaar als je maar lang genoeg wacht.

Glimpen van toekomstige techniek?
Omdat de femtowereld maar drie bouwstenen kent en geen deeltje waarmee de positief geladen protonen zijn te neutraliseren – elektronen nemen door hun lage massa te veel ruimte in – wordt het construeren van machines op femtoschaal erg lastig.

Misschien dat we zeer zware atomen kunnen maken als we de kerndeeltjes op een slimme manier kunnen herschikken. Zo zijn er lichte en instabiele atoomkernen ontdekt waar andere atoomkernen als satelliet omheen draaien.

Omdat de femtowereld extreem snel en energierijk is, weten we nog vrij weinig wat er zich op zeer kleine schaal afspeelt. Wel duiken er steeds meer fascinerende aanwijzingen op van structuren op femtoschaal. Naast de satelliet-atoomkernen blijken ook zogeheten magische getallen een belangrijke rol te spelen. Atoomkernen waarin veelvouden van deze magische getallen aan kerndeeltjes voorkomen, zijn veel stabieler. Kerndeeltjes lijken ook paren te vormen. Atoomkernen met een oneven aantal deeltjes zijn vaak radioactiever zijn dan atoomkernen met een even aantal deeltjes.

Op dit moment ligt verfijnde femtotechniek duidelijk ver buiten ons bereik. Verder dan de meest ruwe vormen van kernsplijting komen we nog niet. Picotechniek, een factor duizend groter, is voorlopig interessanter. Al zijn ook hier lastige hordes…

Adembenemend mooi: de drie sterren van Pismis 24 boven een gasnevel

Zwaarste ster in het heelal?

2 reacties / Universum / Door Germen Roding / 10 december 2010 19 januari 2021

Pismis 24 is een schitterende flonkerende open-sterrenhoop. Ooit werd gedacht dat Pismis 24-1, in het hart van de verre sterrennevel NGC 6357 de zwaarste ster ooit vormde met 300 maal de massa van de zon. Dit bracht sterrenkundigen in grote problemen: een ster die zo zwaar is, ontploft namelijk meteen.

Goed nieuws voor deze geplaagde beroepsgroep. Uit waarnemingen blijkt dat Pismis 24-1, de fonkelende ster in de ‘grot’ in het midden, in feite een driedubbelster is, bestaande uit drie zwaargewichten: sterren honderd maal zo groot als de zon die over niet al te lange tijd gaan ontploffen. Althans, als je een paar miljoen jaar een korte tijd mag noemen.

Onze verre nazaten kunnen dus genieten van een schitterend vuurwerk als deze sterren supernova’s worden. Trouwens: Pismis 24 is ook nu al een schitterend gezicht…

Bron
ESA/NASA, Hubble telescoop

Pismis 24 in volle glorie. Klik op de afbeelding als je het complete plaatje wilt bekijken. — Pismis 24 in volle glorie

Rusland wil killerasteroïde vernietigen

4 reacties / Mensheid, Wereld, Zonnestelsel / Door Germen Roding / 10 december 2010 19 november 2021

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

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.