Какие условия могут создать планету с большим количеством антивещества в радиационном поясе?

В научно-фантастическом сеттинге, над которым я работаю, предполагается, что одна из фракций использует встречающуюся в природе антивещество, потому что в системах, в которых они обитают, достаточно естественных источников этого вещества.

Я исследовал идею погони за позитронами в газовых гигантских бурях, но обнаружил, что антипротоны можно найти в радиационных поясах миров. Антипротоны имеют большую массу и не захвачены враждебной средой атмосферы газового гиганта.

К сожалению, похоже, их недостаточно для питания флота. Из того, что я читал, в радиационном поясе Ван Аллена на нашей планете есть где-то между 100-200 нанограммами антиматерии для работы. Я думаю, что это вышло меньше энергии, чем четверть галлона бензина.

Концепция казалась достаточно разумной, и я захотел посмотреть, существуют ли условия, которые могут повлиять на обилие антиматерии в радиационных поясах планеты. Хотя эта планета не обязательно должна быть обитаемой, она, по крайней мере, должна существовать в той же звездной системе, что и обитаемый мир.

Итак, мне любопытно, какие условия могут создать радиационный пояс, который будет производить/содержать обилие антивещества, достаточное для питания космических кораблей, и какими свойствами будет обладать планета с таким поясом, в частности, ее атмосфера и размер.

Поскольку эта антиматерия образуется во время взаимодействия с атмосферой планеты и космическими лучами, я полагаю, что звезда (звезды) системы также является фактором, который потенциально может затруднить создание пригодного для жизни мира в этой системе.

Одна вещь, которую следует учитывать, — это то, как энергия взаимодействия материи и антиматерии может быть преобразована в полезную форму. Электрон-позитронные взаимодействия производят гамма-лучи с энергией 0,511 МэВ, которые могут быть поглощены (преобразованы в тепловую энергию) небольшой толщиной материала с высоким Z. Протон-антипротонные взаимодействия более сложны, и лучший способ эффективного преобразования большей части энергии в полезную форму менее очевиден.

Ответы (1)

Я прочитал статью об открытии ( Адриани и др. (2011) ) об антиматерии в земных поясах Ван Аллена, и я просто хочу изложить несколько моментов, прежде чем мы начнем:

  • Как вы сказали, антиматерия в поясах Ван Аллена состоит в основном из антипротонов. Первоначально могут образовываться антинейтроны, но свободные нейтроны (и антинейтроны) нестабильны и, таким образом, распадаются на протоны (и антипротоны).
  • Основным механизмом создания антипротонов в поясах Ван Аллена является процесс CRAND [1] , при котором галактические космические лучи (ГКЛ) сталкиваются с частицами с образованием нейтронов и антинейтронов. только ГКЛ, а не космические лучи из других источников, таких как Солнце, имеют для этого достаточно энергии. Эти нейтроны и антинейтроны распадаются, создавая протоны и антипротоны. На Земле поток должен быть ∼ 4000  м − 2  с − 1 [2] .
  • Вторичный механизм включает столкновения GCR с межзвездной средой с образованием пар нейтрон-антинейтрон. Затем эти частицы распадаются, отбрасывая антипротоны и другие частицы. Поток на Земле ∼ 3  м − 2  с − 1 [2] .
  • Антипротоны теряются из-за взаимодействия с атмосферой и нестабильности магнитного поля. Как и при производстве, эти потери зависят от угла входа в атмосферу. На больших высотах преобладают столкновения с ядрами водорода и гелия.
  • Магнитосфера планеты может защитить ее от космических лучей, тем самым снижая скорость образования антипротонов. Отчасти поэтому Юпитер не получает такого высокого потока антипротонов, как Земля. В газовом гиганте (особенно на Сатурне) это можно смягчить за счет производства антипротонов в кольцах с помощью других механизмов, но, вероятно, незначительно.

Таким образом, кажется очевидным, что нужно поместить планету в место с более высоким потоком галактических космических лучей. Я не думаю, что мы можем уменьшить скорость потери антипротонов, не влияя на производство через путь атмосферных столкновений. Вы могли бы попытаться внедрить в планетную систему очень сильный источник космических лучей, но я понятия не имею, что это может быть. Это также может нанести ущерб обитаемости других планет.

Одна из проблем заключается в том, что у нас нет четкого представления о том, откуда исходят все галактические космические лучи. Существует довольно много возможностей (и все они могут создавать разные компоненты потока ГКЛ на Земле):

  • Источником могли быть сверхновые [3] , хотя некоторые наблюдения за спектром ГКЛ оспаривают это. Поместив вашу систему где-нибудь поблизости от звездного питомника, вы можете поместить ее рядом со многими сверхновыми, потому что массивные звезды, которые являются прародителями сверхновых, имеют настолько короткую жизнь, что почти не удаляются от мест своего рождения. Тем не менее, наличие большого количества сверхновых поблизости, как правило, заставляет нервничать строителей мира — я думаю, что 10 парсеков — это самое близкое расстояние, которое вы хотели бы пройти, если хотите сохранить обитаемость.
  • Активные галактические ядра [4] также являются вариантом, хотя вы не можете сильно контролировать его, перемещая свою планетную систему по всей галактике. Они могут быть источником ГКЛ самых высоких энергий, которые неплохо проникают через магнитные поля и атмосферу.

Единственное, что вы можете сделать, это снизить активность центральной звезды. Солнце блокирует ГКЛ во время корональных выбросов массы и подобных извержений, что приводит к так называемому уменьшению Форбуша [5] , когда меньшее количество ГКЛ достигает Земли. Мы также видим модуляции потока ГКЛ в течение 11-летнего цикла активности Солнца . Последнее приводит к изменению потока примерно на 10-20% в пике. Однако имейте в виду, что это измеряется исходя из базового уровня активности; значительно уменьшите звездные явления (выбросы корональной массы, звездные вспышки, долговременные флуктуации и т. д.), и вы действительно сможете оказать влияние.

Поэтому у меня есть два предложения:

  1. Поместите свою планетную систему на безопасное расстояние от области звездообразования, где вы можете увидеть большие потоки ГКЛ.
  2. Центральную звезду сделайте звездой с низкой звездной активностью.

Возможно, вы сможете увеличить количество антивещества в радиационных поясах на порядок или около того, а может и больше. Я не уверен, насколько сильными будут последствия.

Если цель состоит в том, чтобы «приостановить недоверие», может ли ОП остановиться на нестабильной звезде, приближающейся к стадии сверхновой, создающей необычно высокую концентрацию космических лучей с массивными частицами? В результате в системе не будет пригодных для жизни планет, но вы можете получить их со всех планет в системе. Дополнительная сложность «нам нужно следить за этой проклятой звездой» также придает истории дополнительное измерение.
Итак, идеальной планетой была бы планета с атмосферой, но слабой магнитосферой, вращающаяся вокруг звезды с низкой звездной активностью. Я намереваюсь сделать для этого хотя бы один пригодный для жизни мир, но у меня может быть несколько планет с условиями, которые будут производить значительное количество антиматерии. Поскольку активность звезды может заблокировать GCR, будут ли внешние планеты этой системы более вероятными кандидатами?
@Arvex Я бы не обязательно выбрал слабую магнитосферу; в конце концов, это то, что позволяет формировать пояса! Очевидно, вы не хотите впадать в другую крайность и делать ее слишком сильной. Внешние планеты могут быть хорошим выбором. Единственная проблема заключается в том, что планеты земной группы вряд ли сформируются за линией мороза , а планеты земной группы могут быть вашим лучшим шансом. . . но вы можете игнорировать это, если хотите.
@JBH Вы могли бы, но есть и обратная сторона: сверхновая может уничтожить планеты с любой значимой атмосферой, оставив их космическим лучам без средств для создания этих антипротонов посредством столкновений.
Итак, планета земной группы в пределах обитаемой зоны. На данный момент кажется, что эта идеальная планета может даже быть обитаемой для этой фракции.
@Arvex Определенно - и если вы держитесь подальше от чего-либо опасного, мне очень нравятся шансы на обитаемость.
Какие условия могут создать планету с большим количеством антивещества в радиационном поясе?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v