Jak zasilać bazę na Marsie? Na połowie powierzchni planety fotowoltaika lepsza od energii jądrowej
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Gdyby większość ciemnej materii istniała nie w postaci w formie cząstek, a mikroskopijnych czarnych dziur, to mogłyby one wpływać na orbitę Marsa tak, że bylibyśmy w stanie wykryć to za pomocą współczesnej technologii. Zatem zmiany orbity Czerwonej Planety mogłyby posłużyć do szukania ciemnej materii, uważają naukowcy z MIT, Uniwersytetu Stanforda i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz. A wszystko zaczęło się od odrodzenia hipotezy z lat 70. XX wieku i pytania o to, co stałoby się z człowiekiem, przez którego przeszłaby miniaturowa czarna dziura.
Pomysł, że większość ciemnej materii, której wciąż nie potrafimy znaleźć, istnieje w postaci miniaturowych czarnych dziur, narodził się w latach 70. Wysunięto wówczas hipotezę, że u zarania wszechświata z zapadających się chmur gazu powstały niewielkie czarne dziury, które w miarę ochładzania się i rozszerzania wszechświata, rozproszyły się po nim. Takie czarne dziury mogą mieć wielkość pojedynczego atomu i masę największych znanych asteroid. W ostatnich latach hipoteza ta zaczęła zdobywać popularność w kręgach naukowych.
Niedawno jeden z autorów badań, Tung Tran, został przez kogoś zapytany, co by się stało, gdyby taka pierwotna czarna dziura przeszła przez człowieka. Tran chwycił za coś do pisania i wyliczył, że gdyby tego typu czarna dziura minęła przeciętnego człowieka w odległości 1 metra, to osoba taka zostałaby w ciągu 1 sekundy odrzucona o 6 metrów. Badacz wyliczył też, że prawdopodobieństwo, by taki obiekt znalazł się w pobliżu kogokolwiek na Ziemi jest niezwykle małe.
Jednak Tung postanowił sprawdzić, co by się stało, gdyby miniaturowa czarna dziura przeleciała w pobliżu Ziemi i spowodowała niewielkie zmiany orbity Księżyca. Do pomocy w obliczeniach zaprzągł kolegów. Wyniki, które otrzymaliśmy, były niejasne. W Układzie Słonecznym mamy do czynienia z tak dynamicznym układem, że inne siły mogłyby zapobiec takim zmianom, mówi uczony.
Badacze, chcąc uzyskać jaśniejszy obraz, stworzyli uproszczoną symulację Układu Słonecznego składającego się z wszystkich planet i największych księżyców. Najdoskonalsze symulacje Układu biorą pod uwagę ponad milion obiektów, z których każdy wywiera jakiś wpływ na inne. Jednak nawet nasza uproszczona symulacja dostarczyła takich danych, które zachęciły nas do bliższego przyjrzenia się problemowi, wyjaśnia Benjamin Lehmann z MIT.
Na podstawie szacunków dotyczących rozkładu ciemnej materii we wszechświecie i masy miniaturowych czarnych dziur naukowcy obliczyli, że taka wędrująca we wszechświecie czarna dziura może raz na 10 lat trafić do wewnętrznych regionów Układu Słonecznego. Wykorzystując dostępne symulacje rozkładu i prędkości przemieszczania się ciemnej materii w Drodze Mlecznej, uczeni symulowali przeloty tego typu czarnych dziur z prędkością około 241 km/s. Szybko odkryli, że o ile efekty przelotu takiej dziury w pobliżu Ziemi czy Księżyca byłyby trudne do obserwowania, gdyż ciężko byłoby stwierdzić, że widoczne zmiany wywołała czarna dziura, to w przypadku Marsa obraz jest już znacznie jaśniejszy.
Z symulacji wynika bowiem, że jeśli pierwotna czarna dziura przeleciałaby w odległości kilkuset milionów kilometrów od Marsa, po kilku latach orbita Czerwonej Planety zmieniłaby się o około metr. To wystarczy, by zmianę taką wykryły instrumenty, za pomocą których badamy Marsa.
Zdaniem badaczy, jeśli w ciągu najbliższych dziesięcioleci zaobserwujemy taką zmianę, powinniśmy przede wszystkim sprawdzić, czy nie została ona spowodowana przez coś innego. Czy to nie była na przykład nudna asteroida, a nie ekscytująca czarna dziura. Na szczęście obecnie jesteśmy w stanie z wieloletnim wyprzedzeniem śledzić tak wielkie asteroidy, obliczać ich trajektorie i porównywać je z tym, co wynika z symulacji dotyczących pierwotnych czarnych dziur, przypomina profesor David Kaiser z MIT.
A profesor Matt Caplan, który nie był zaangażowany w badania, dodaje, że skoro mamy już obliczenia i symulacje, to pozostaje najtrudniejsza część – znalezienie i zidentyfikowanie prawdziwego sygnału, który potwierdzi te rozważania.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Uniwersytet Oksfordzki poinformował, że na jego Wydziale Fizyki powstał nowatorski materiał, który pozwoli na znaczne zwiększenie produkcji energii słonecznej bez potrzeby produkowania kolejnych opartych na krzemie paneli. Nowym, wytwarzającym energię materiałem, można bowiem pokrywać przedmioty codziennego użytku, jak chociażby telefony komórkowe, plecaki czy samochody. Materiał jest cienki i na tle elastyczny, że można go nałożyć niemal na każdą powierzchnię. A dzięki opracowanej przez siebie technice łączenia wielu warstw materiału, naukowcy stworzyli ogniwo słoneczne, które czerpie z szerokiego zakresu spektrum światła, znakomicie zwiększając produkcję energii.
Wydajność ultracienkiego materiału została już niezależnie zweryfikowana i potwierdzono, że jego efektywność energetyczna sięga 27%, dorównuje więc komercyjnym ogniwom fotowoltaicznym. Materiał uzyskał certyfikat japońskiego Narodowego Instytutu Zaawansowanych Nauk Przemysłowych i Technologii.
W ciągu pięciu lat pracy zwiększyliśmy efektywność energetyczną naszego materiału z około 6 do 27 procent. To bardzo blisko górnej granicy tego, co obecnie można osiągnąć za pomocą jednowarstwowych ogniw fotowoltaicznych. Sądzimy, że w przyszłości efektywność naszego ogniwa może wzrosnąć do ponad 45%, mówi doktor Shuaifeng Hu.
Obecnie najbardziej wydajne tradycyjne ogniwa fotowoltaiczne obecne na rynku mogą pochwalić się praktyczną wydajnością około 23%. Nowe ogniwa więc im dorównują. Mają jednak tę olbrzymią zaletę, że są niemal 150-krotnie cieńsze niż warstwa krzemu używana w panelach fotowoltaicznych, są elastyczne i można nie nałożyć na niemal każdą powierzchnię. Dzięki temu można uniknąć korzystania z tradycyjnych paneli i budowy farm fotowoltaicznych.
Twórcy nowych ogniw uważają, że przyczynią się one do spadku kosztów generowania energii słonecznej i ją upowszechnią. Od 2010 roku średni światowy koszt energii elektrycznej ze Słońca spadł o 90%, dzięki czemu jest ona znacznie tańsza od energii z paliw kopalnych. Dzięki nowym ogniwom można będzie osiągnąć dodatkowe oszczędności.
Prognozujemy że warstwy perowskitów będą nakładane na różne typy powierzchni, jak na przykład dachy samochodów, budynki czy nawet obudowy telefonów komórkowych, co pozwoli na powszechne generowanie taniej energii. Im więcej energii będzie w ten sposób wytwarzane, bym mniejsze będzie zapotrzebowanie na krzemowe panele słoneczne i farmy słoneczne, stwierdza Wang.
Szczegółowe wyniki badań nad nowym materiałem mają zostać opublikowane w ciągu najbliższych miesięcy.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Na łamach Science Advances opisano rewolucyjny scenariusz terraformowania Marsa i ogrzania jego powierzchni. Pomysł, przedstawiony przez naukowców z University of Chicago, Northwestern University oraz University of Central Florida, polega na uwolnieniu do atmosfery odpowiednio przygotowanych cząstek pyłu, które ogrzałyby Czerwoną Planetę o ponad 50 stopni Fahrenheita (ok. 28 stopni Celsjusza). Opisana metoda może być 5000 razy bardziej efektywna, niż dotychczas proponowane.
Średnia temperatura na powierzchni Marsa wynosi -60 stopni Celsjusza, jej podniesienie o 28 stopni byłoby olbrzymią zmianą, pozwalającą na istnienie mikroorganizmów i wody w stanie ciekłym na dużych obszarach planety.
Tym, co wyróżnia nową metodę jest wykorzystanie materiałów łatwo dostępnych ma Marsie. Wcześniej proponowane sposoby albo zakładały import materiałów z Ziemi, albo prowadzenie na Czerwonej Planecie działalności górniczej i wydobywanie rzadkich minerałów.
Podniesienie temperatury planety trwałoby wiele dekad. Nie spowodowałoby, oczywiście, że przebywający na Marsie ludzie mogliby pozbyć się skafandrów czy oddychać tamtejszą atmosferą. Jednak położyłoby podwaliny, pod taki rozwój wydarzeń. Pozwoliłoby na istnienie wody w stanie ciekłym, istnienie mikroorganizmów oraz uprawę roślin, które stopniowo uwalniałyby tlen do atmosfery.
Podstawowym krokiem na drodze ku uczynieniu Marsa bardziej zdatnym do życia, jest podniesienie temperatury. Można zrobić to samo, co ludzie niechcący zrobili na Ziemi, wypuścić do atmosfery materiał, który zwiększy naturalny efekt cieplarniany, utrzymując energię Słońca przy powierzchni planety. Problem w tym, że – niezależnie czym byłby taki materiał – potrzebne są jego gigantyczne ilości. Dotychczasowe propozycje zakładały albo przywożenie gazów z Ziemi, albo wydobywanie na Marsie potrzebnych materiałów. Jedno i drugie jest niezwykle kosztowne i trudne do zrealizowania. Autorzy najnowszych badań zastanawiali się, czy można do ogrzania Marsa wykorzystać jakiś obecny na miejscu łatwo dostępny materiał.
Z dotychczasowych badań wiemy, że marsjański pył jest pełen żelaza i aluminium. Cząstki tego pyłu nie są w stanie ogrzać planety. Ich skład i rozmiary są takie, że po uwolnieniu do atmosfery doprowadziłyby do schłodzenia powierzchni Marsa.
Naukowcy wysunęli hipotezę, że gdyby pył ten miał inny kształt, być może zwiększałby, a nie zmniejszał, efekt cieplarniany.
Stworzyli więc cząstki o kształcie pręcików i rozmiarach komercyjnie dostępnego brokatu. Są one w stanie zatrzymywać uciekającą energię cieplną i rozpraszają światło słoneczne w stronę powierzchni planety.
Sposób, w jaki światło wchodzi w interakcje z obiektami wielkości mniejszej niż długość fali, to fascynujące zagadnienie. Dodatkowo można tak przygotować nanocząstki, że pojawią się efekty optyczne wykraczające poza to, czego możemy spodziewać się po samych tylko rozmiarach cząstek. Uważamy, że możliwe jest zaprojektowanie nanocząstek o jeszcze większe efektywności, a nawet takich, których właściwości optyczne zmieniają się dynamicznie, mówi współautor badań, Ansari Mohseni.
A profesor Edwin Kite dodaje, że zaproponowana metoda wciąż będzie wymagała użycia milionów ton materiału, ale to i tak 5000 razy mniej, niż zakładały wcześniejsze propozycje. To zaś oznacza, że jest ona tańsza i łatwiejsza w użyciu. Ogrzanie Marsa do tego stopnia, by na jego powierzchni istniała ciekła woda, nie jest więc tak trudne, jak dotychczas sądzono, dodaje Kite.
Z obliczeń wynika, że gdyby wspomniane cząstki były stale uwalniane w tempie 30 litrów na sekundę, to z czasem średnia temperatura na powierzchni Marsa mogłaby wzrosnąć o 28 stopni Celsjusza, a pierwsze efekty takich działań byłyby widoczne już w ciągu kilku miesięcy. Efekt cieplarniany można by też odwrócić. Wystarczyłoby zaprzestać uwalniania cząstek, a w ciągu kilku lat sytuacja wróciłaby do normy.
Autorzy propozycji mówią, że potrzebnych jest jeszcze wiele badań. Nie wiemy na przykład dokładnie, w jakim tempie uwolnione cząstki krążyłyby w atmosferze. Ponadto na Marsie występuje woda i chmury. W miarę ogrzewania atmosfery mogłoby dochodzić do kondensacji pary wodnej na uwolnionych cząstkach i ich opadania wraz z deszczem. Klimatyczne sprzężenia zwrotne są bardzo trudne do modelowania. Żeby zaimplementować naszą metodę musielibyśmy mieć więcej danych z Marsa i Ziemi. Musielibyśmy też pracować powoli i mieć pewność, że skutki naszych działań są odwracalne, dopiero wtedy moglibyśmy zyskać pewność, że to zadziała, ostrzega Kite. Ponadto, jak podkreśla uczony, badacze skupili się na aspektach związanych z podniesieniem temperatury do poziomu użytecznego dla istnienia mikroorganizmów i potencjalnej uprawy roślin, a nie na stworzeniu atmosfery, w której ludzie będą mogli oddychać.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
We wrześniu 2022 roku NASA przeprowadziła pierwszy w historii, i od razu udany, test obrony Ziemi przed asteroidami. W ramach misji DART niewielki pojazd uderzył w asteroidę Dimorphos i zmienił jej orbitę wokół asteroidy Didymos. Od tamtego czasu naukowcy badają obie asteroidy oraz skutki testu. Na łamach Nature Communications ukazało się właśnie 5 interesujących artykułów na temat Dimorphos i Didymos.
Dzięki obrazom przekazanym przed zderzeniem przez DART i towarzyszący mu pojazd LICIACube naukowcy z Applied Physics Laboratory na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa mogli przeanalizować geologię obu asteroid. Olivier Barnouin i Ronald-Louis Ballouz stwierdzili, że mniejsza Dimorphos była pokryta głazami o różnych rozmiarach, natomiast Didymos jest bardziej gładka na mniejszych szerokościach i kamienista na większych, ma też więcej kraterów. Obaj autorzy uważają, że Dimorphos pochodzi od Didymos, od której się oderwała. Istnieją bowiem naturalne procesy, które przyspieszają obrót niewielkich asteroid. Mogą one być o odpowiedzialne za nadawanie im kształtu i odrywanie się materiału z ich powierzchni. Barnouin i Ballouz uważają, że powierzchnia Didymos ukształtowała się 12,5 miliona lat temu, a Dimorphos zyskała swój obecny kształt przed mniej niż 300 000 lat.
Autorami kolejnej pracy są Maurizio Pajola z włoskiego Narodowego Instytutu Astrofizyki (INAF) i jego międzynarodowy zespół naukowy. Tutaj porównano kształt, rozmiary oraz rozkład głazów na powierzchni obu asteroid. Badacze stwierdzli, że Dimorphos formowała się etapami, prawdopodobnie z materiału pochodzącego z Didymos. Wyniki takie potwierdzają dominującą teorię, która mówi, że niektóre układy podwójne asteroid powstają w wyniku kumulowania się materiału z większej asteroidy na mniejszej, która staje się jej księżycem.
Analizy zmęczenia cieplnego – stopniowego osłabiania i pękania materiału powodowanego przez zmiany temperatury – podjęła się Alice Lucchetti z INAF. Wraz z zespołem stwierdziła, że w wyniku takiego procesu tempo pękania powierzchni Dimorphos i oddzielania się od niej głazów może zachodzić znacznie szybciej, niż dotychczas sądzono.
Naomi Murdoch z Uniwersytetu w Tuluzie oceniła nośność gruntu Didymos i stwierdziła, że jest ona co najmniej 1000-krotnie mniejsza niż suchego piasku czy gruntu na Księżycu. To bardzo ważny parametr, który pozwala nam zrozumieć i przewidzieć reakcję powierzchni na, na przykład, uderzenie pojazdu, który ma zmienić orbitę asteroidy.
Autorem ostatniego z opublikowanych badań jest kolega Murdoch z uczelni, Colas Robin. Wraz z zespołem analizował on głazy znajdujące się na powierzchni Dimorphos i porównywał je z głazami z asteroid Itokawa, Ryugu oraz Bennu. Naukowcy zauważyli podobieństwa sugerujące, że wszystkie te asteroidy powstały i ewoluowały w podobny sposób.
Wspomniane badania pozwalają nam lepiej zrozumieć pochodzenie, ewolucję i budowę Didymos i Dimorphos. Możemy też dowiedzieć się z nich, dlaczego misja DART okazała się tak wielkim sukcesem. Wiedza ta przyda się już wkrótce. Jeszcze w bieżącym roku wystartuje misja Hera Europejskiej Agencji Kosmicznej, która poleci do układu Didymos-Dimorphos. W 2026 roku wejdzie ona na orbitę asteroid i będzie je szczegółowo badała, uwzględniają przy tym wpływ misji DART.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Dzisiaj o godzinie 16:19 czasu polskiego ma wystartować misja Psyche. Jej celem jest wyjątkowy obiekt – największa w Układzie Słonecznym metaliczna asteroida Psyche. Znajduje się ona w głównym pasie planetoid, a wystrzelony pojazd będzie musiał przebyć 3,5 miliarda kilometrów zanim do niej dotrze. Dotychczas wysłane przez ludzi pojazdy odwiedzały obiekty zbudowane ze skał czy lodu. NASA wysyła zaś satelitę do asteroidy o wysokiej zawartości żelaza. W przeszłości Psyche mogła być jądrem planetozymalu, zalążka planety. Może być też pozostałością po obiekcie nieznanego obecnie typu, który był bogaty w żelazo i formował się gdzieś w Układzie Słonecznym.
Badania Psyche – jeśli rzeczywiście jest to jądro planetozymalu – mogą pokazać, jak wygląda jądro Ziemi lub innych podobnych planet. Z tego punktu widzenia misję można uznać za wyprawę do wnętrza Ziemi. Nie jesteśmy w stanie bezpośrednio obserwować ziemskiego jądra. Psyche może dać nam taką możliwość i stanowić jedyną w swoim rodzaju okazję do badania początków planet typu ziemskiego.
Psyche ma nieregularny kształt, jeśli wyobrazimy sobie ją jako owal, to wymiary asteroidy wyniosą 280x232 kilometry. Powierzchnia asteroidy wynosi 165 800 km2, czyli ponad połowę powierzchni Polski. Asteroida jest bardzo gęsta. Jej metr sześcienny ma masę 3400–4100 kilogramów. Odległość planetoidy od Ziemi waha się od 300 do 600 milionów kilometrów. Dla porównania warto pamiętać, że średnia odległość Ziemi od Słońca to 150 milionów kilometrów.
Dotychczasowe badania, dokonywanie za pomocą radarów i mierzenia inercji termalnej wskazują, że Psyche to połączenie skał i metalu, a metal stanowi od 30 do 60 procent objętości asteroidy. Obserwacje radarowe i za pomocą teleskopów optycznych pozwoliły naukowcom na stworzenie trójwymiarowego modelu asteroidy. Wynika z niego, że znajdują się na niej dwa obniżenia podobne do kraterów, a na powierzchni występują znaczne różnice w kolorze i zawartości metalu. Dopóki jednak ludzkość nie wyśle na Psyche sondy, nie może być pewna, jak asteroida w rzeczywistości wygląda.
Pojazd Psyche ma wielkość półciężarówki. Dotrze do celu w lipcu 2029 roku i przez 2 lata będzie krążył wokół asteroidy, prowadząc badania. Wyposażono go w kamerę multispektralną, która wykona zdjęcia zarówno w paśmie widzialnym, jak i w podczerwieni. Spektrometr rentgenowski i neutronowy pozwoli na badanie składu powierzchni asteroidy, a za pomocą magnetometru można będzie zmierzyć jej pole magnetyczne. Skaliste planety, takiej jak Ziemia, generują pole magnetyczne w płynnych metalicznych jądrach. Niewielkie zamrożone obiekty, jak asteroidy. Nie mają pola magnetycznego. Jeśli zaś magnetometr wykryje na Psyche pozostałości pola magnetycznego, będzie to silnym potwierdzeniem hipotezy, że asteroida to pozostałość jądra formującej się planety. Naukowcy liczą też na to, że na Psyche znajdą ślady ferrowulkanizmu. To nigdy nie obserwowane zjawisko, polegające na erupcji płynnego żelaza, do której dochodziło, gdy stygł odłupany od planety fragment jądra.
Przy okazji misji Psyche NASA przetestuje system kosmicznej komunikacji laserowej (DSOC – Deep Space Optical Communications). Obecnie kontakt z pojazdami pracującymi poza Ziemią zapewniają fale radiowe. Mają one częstotliwość od 3 Hz do 3 THz. Tymczasem częstotliwość lasera podczerwonego sięga 300 THz, zatem transmisja danych za pośrednictwem laserów byłaby nawet 100-krotnie szybsza niż za pomocą fal radiowych. Ponadto laserowe systemy komunikacji są znacznie mniejsze i lżejsze, niż systemy komunikacji radiowej, co ma olbrzymie znaczenie podczas misji w kosmosie. Psyche nie będzie polegała na DSOC, a na standardowej komunikacji radiowej. Jeśli jednak testy systemu laserowego wypadną pomyślnie, będzie może zacząć stosować lasery w misjach kosmicznych.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.