Как генерировать радиацию

Радиация ядерным излучением

Луна, состоящая из какого-то неделящегося ( определенно не делящегося! ) трансуранового элемента, будет излучать значительное количество альфа-, бета- и/или гамма-излучения.

Излучение за счет генерации нейтронов

Луна должна быть генератором нейтронов. Есть несколько способов создания нейтронов, но они включают в себя такие вещи, как реакторы деления и линейные ускорители ионов водорода. По сути, это должна быть инопланетная космическая станция, а не луна. Я думаю, что это выходит за рамки вопроса, поэтому я проигнорирую нейтронное излучение.

Излучение магнитным полем

Луна, заполненная магнито-гидродинамически активной жидкостью, могла бы генерировать значительное магнитное поле, как это делает Юпитер. Это поле захватывает заряженные частицы. Если что-то испускает много заряженных частиц (Ио делает это для Юпитера; солнечного ветра может быть достаточно для Земли, поскольку она ближе к Солнцу), то эти частицы могут быть захвачены, чтобы сформировать плазму высокой энергии в магнитном поле. Это аналогично поясам Ван Аллена вокруг Земли, хотя они были бы сильнее с более сильным магнитным полем.

Если у вас есть очень сильное магнитное поле и частицы с очень высокой энергией в этом поле (в диапазоне кэВ, 10 миллионов К), вы можете излучать энергию, сталкивая эти частицы с чем-то другим, а именно с атмосферой. Это полярное сияние. Большая часть излучения Юпитера исходит от его полярных сияний, в то время как часть исходит от Ио и ее тонкой ионосферы, проходящей через высокоэнергетический плазменный диск Юпитера, поддерживаемый магнитным полем.

Магнитное поле Юпитера излучает радиоволны мощностью ~100 ГВт на длине волны 10–100 м; ИК на ~50 ТВт в диапазоне 3-14$\mu m$диапазон; и УФ при ~10 ТВт в диапазоне 80-180 нм. Для сравнения, магнитосфера Земли излучает только в радиодиапазоне мощностью около 0,1 ГВт.

Излучение путем аккреции

Для генерации других длин волн, таких как мощный источник рентгеновского излучения, вам нужно поместить вещество в объект с высокой гравитацией, такой как нейтронная звезда или черная дыра. Я не вижу другого способа, чтобы луна могла быть источником рентгеновского излучения, и, поскольку это не соответствует требованиям OP, я собираюсь игнорировать рентгеновское излучение.

Насколько радиоактивными будут эти источники?

Альфа- и бета-излучение

Альфа- и бета-частицы практически не способны проникать в атмосферу, поэтому они практически не используются в качестве источников радиации.

Гамма (и рентгеновское) излучение

Гаммы — отдельная история. Если бы Луна была сделана из чего-то, что имеет длительный период полураспада, но излучает гамма-излучение, то, возможно, она была бы мощным источником.

Существует большое разнообразие изотопов металлов с длительным периодом полураспада (1–5 лет и более), испускающих рентгеновское излучение в диапазоне 5–10 кэВ; распад неделящихся трансуранов обеспечивает широкий спектр излучения в диапазоне от рентгеновского до гамма-излучения (до 15 МэВ). Это может быть приятно и смертельно опасно, но, к сожалению, атмосфера очень хорошо поглощает рентгеновское и гамма-излучение.

Коэффициенты ослабления в воздухе излучений различной энергии можно посмотреть здесь . Для рентгеновского излучения с энергией 10 кэВ плотность коэффициента ослабления ($\mu/\rho$) составляет 5,12 см$^2$/грамм. Умножьте это на плотность воздуха (1,2 мг/см$^3$) и перевести в метры для коэффициента ($\mu$) 6,3 метра$^{-1}$. Полутолщина может быть получена из коэффициента затухания путем деления логарифма 2 на константу затухания; полутолщина для проникновения рентгеновского излучения с энергией 10 кэВ составляет 0,11 метра. Это означает, что каждые 0,11 метра уменьшают мощность рентгеновского излучения вдвое. Излишне говорить, что рентгеновские лучи не распространяются далеко в воздухе.

Гамма-лучи лучше, но ненамного. Для гамма-лучей с энергией 1 МэВ полутолщина составляет примерно 9 метров. Для гамма-излучения 10 МэВ это 28 метров. 28 метров — серьезное расстояние для проникновения, но не так много по сравнению с толщиной земной атмосферы. Для смоделированной атмосферы с постоянной плотностью и плотностью, которую мы используем для расчета, толщина атмосферы Земли будет около 8 км. Разделите это расстояние на 28, и вы получите 289; поэтому гамма-энергия из космоса уменьшается в раз$2^{289}$к тому времени, когда он достигнет поверхности, недостаточно, чтобы нанести какой-либо ущерб. Радиоактивный объект на орбите просто не поможет.

Магнитно-индуцированное излучение - Декаметровое радио

Здесь мы получаем более интересное. Полярные сияния Юпитера, т. е. области, где силовые линии магнитного поля пересекаются с атмосферой, являются чрезвычайно мощными радиоизлучателями. Из приведенного выше рисунка или из прослушивания радио в машине вы можете заметить, что радиоволны прекрасно проникают в атмосферу. Полоса небольшого атмосферного затухания от 10 см до 10 м соответствует диапазону 3–300 МГц; УКВ и УВЧ радио . Вот радиоизлучение Юпитера (и других планет).

Декаметровое излучение (DAM) на этом графике в значительной степени контролируется взаимодействием со спутником Ио. Механика этих взаимодействий в основном мне недоступна, поэтому я могу только предположить, что существуют возможные механизмы для получения крупномасштабного высвобождения энергии радиоволн. Во-первых, на орбите может быть спутник, который по какой-то причине является массивным генератором магнитного поля. Этот спутник действует как Юпитер, а Земля действует как Ио. Силовые линии магнитного поля этого спутника взаимодействуют с земными, так что высокоэнергетические заряженные частицы, захваченные комбинированными магнитными полями, направляются к полюсам Земли. Это формирует мощные полярные сияния с огромным радиоизлучением.

Последнее предположение, которое мы должны сделать, это то, что это взаимодействие сможет создать соответствующие декаметровые радиоизлучения, не выделяя слишком много энергии на других частотах. Я не уверен, возможно ли это при высоких энергиях, которые потребуются его системе, но я готов предположить это. Мы хотим, чтобы радиоизлучение проникало в атмосферу Земли чисто, нагревая поверхность, не нагревая атмосферу больше, чем нужно.

Затухание радиоволн в атмосфере находится в диапазоне 3-10 дБ. При оптимистическом взгляде это означает, что 10-50% радиоэнергии достигнет земли, а 50-90% останется в атмосфере. Как только энергия УКВ упадет на землю, почти вся она будет поглощена.

Цель здесь будет заключаться в том, чтобы заставить землю поглощать много радиации, делая землю слишком горячей для поддержания жизни. Северное сияние — это локальные эффекты; если они возникают на высоте 100 км, то затрагивается только круг радиусом около 1000 км. Если бы полярное сияние было прямо над Северным полюсом, например, полярный круг не получил бы никакого излучения; это было бы заблокировано кривизной земли.

Для области непосредственно под полярным сиянием мы хотели бы значительно увеличить падающее излучение, чтобы сделать это место безжизненным. Падающее излучение, поглощаемое поверхностью Земли, составляет в среднем 163 Вт/м.$^2$по всей поверхности в течение всего года. Допустим, наша цель — поразить поверхность дополнительными 250 Вт/м.$^2$в радиоэнергии в точке субполярного сияния, чтобы стерилизовать ее.

Для сценария низкого затухания с 50% атмосферным поглощением полярное сияние , возникающее на расстоянии 100 км, должно обеспечивать мощность, эквивалентную 500 Вт/м.$^2$на этой высоте. На расстоянии 100 км площадь поверхности этого излучения будет$4.2\times10^{10}$м$^2$; поэтому радиосветимость точечного источника должна быть около 2 ТВт. Это сопоставимо с 0,1 ГВт, распределенными по всей магнитосфере Земли, или ~ 40 ГВт от радиоизлучения Юпитера. Так что это много, но, возможно, в области возможного.

Чтобы «лунный» объект работал, он должен находиться на орбите Земли, но не обязательно на геосинхронной орбите. Любой объект размером с луну «мог бы» генерировать нужные магнитные поля, но это, безусловно, было бы искусственным. Он должен быть заполнен какой-то магнитной жидкостью, которая генерирует магнитные поля. Опять же, это не моя специальность, но я подозреваю, что железный сердечник с очень высокой температурой, низкой вязкостью и высокой скоростью потока будет работать; как бы жидкое водородное ядро, как на Земле.

Однако наличие этого в объекте размером с Луну, безусловно, было бы искусственным.

Вывод

В этом сценарии на орбите находится объект, генерирующий чрезвычайно сильные магнитные поля. Вероятно, это искусственно. Эти поля задерживают частицы солнечного ветра вокруг объекта. Когда эти линии определенным образом соединяются с линиями Земли, заряженные частицы выбрасываются в атмосферу Земли; там они сталкиваются с атмосферными молекулами и испускают радиоволны.

Большая часть радиоволн возвращается обратно в космос, но точка субполярного сияния постоянно подвергается воздействию эквивалента экваториального дневного света. Если эти магнитные эффекты стабильны, то в течение нескольких дней земля в радиусе ста километров значительно нагревается, а в течение недели жара убивает растительную жизнь. Если полярное сияние продержится хотя бы месяц, останется мертвое пятно на сто километров в поперечнике, где ничего не выживет, кроме бактерий. Некоторое время полярные сияния стабильны, пока магнитные линии не дрейфуют, затем вскоре рядом вспыхнет еще одно полярное сияние. Некоторые полярные сияния так далеко на севере, что они просто расплавляют ледники до голых скал, и все кончено, другие - над океаном. Но когда они появляются в средних широтах над сушей, берегитесь!

Это не соответствует геосинхонным критериям, но может объяснить, почему мертвые точки появляются на временной шкале месяцев в северных широтах.

Я собираюсь пойти немного в другом направлении и сказать, что да, излучение Луны действительно может влиять на жизнь на планете, просто не совсем так, как предполагалось в ответе, который вы связали.

Как объясняли другие, наша атмосфера и магнитосфера хорошо защищают планету от большинства внешних излучений. Основным типом излучения, которое они пропускают, является видимый свет. Если вы хотите, чтобы луна излучала что-то, что нанесло бы ущерб той части планеты, к которой она обращена, сделайте так, чтобы луна отражала (или поглощала и переизлучала) свет в определенной, узкой части цветового спектра. Растения и другие фотосинтезирующие организмы по-разному используют разные участки светового спектра. Значительное увеличение одной цветовой полосы может нарушить баланс всей экосистемы, возможно, заставив определенные бактерии или другие микроскопические формы жизни процветать и расти слишком быстро . Этот внезапный переизбыток может привести к истощению кислорода в воде или выделению токсичных веществ .. Любой из них может легко привести к вымиранию морских обитателей, и последствия оттуда распространяются по пищевой цепочке. Токсичная вода затрудняет рост растений (особенно если токсин может испаряться, а затем сноситься дождями ), а меньшее количество растений означает, что животные с большей вероятностью переедают.

Люди, живущие поблизости, заметили бы, что как только луна становится видимой, рыба начинает вымирать, запасы воды становятся ядовитыми для людей, растения перестают расти, а большинство наземных/воздушных животных мигрируют. Мигрируют другие животные, существа, лучше приспособленные к новым условиям. Вся экосистема выходит из равновесия, и на ее полное восстановление уходят годы. Однако ваши 500-летние циклы означают, что у вас есть достаточно времени для восстановления, поэтому баланс в конечном итоге возвращается.

Так что да, вполне возможно, что луна может излучать энергию, которая оказывает значительное влияние на планету, просто не обязательно в традиционном смысле «нанести ядерную бомбу гамма-лучами».

Может ли он быть достаточно радиоактивным, чтобы вызвать значительное увеличение числа раковых заболеваний, лучевую болезнь и мутации?

Ни здесь, ни где-либо еще

Радиоактивная луна могла испускать излучение в пяти формах:

• Альфа-частицы: практически безэлектронное ядро ​​гелия-4. Не перемещается дальше, чем на несколько сантиметров/дюймов в атмосфере, так что никакой опасности.

• Бета-частицы: электрон или позитрон, движущиеся с высокой скоростью. Путешествует дальше по воздуху, но все же не проходит дальше нескольких метров/ярдов.

• Свободные нейтроны: это единственная форма излучения, которая может сделать радиоактивным что-то еще. Может пройти несколько километров/миль в атмосфере, но у нас все равно много атмосферы.

• Рентген: не требует пояснений.

• Гамма-лучи: то же самое.

Страшны только два последних. Но у нас есть щит в виде озонового слоя, который уже неплохо справляется с этим.

Таким образом, единственное место, где радиоактивная луна может быть опасна, это планета без озонового слоя или аналогичной защиты, но в этом случае вы все равно в значительной степени [ругательство].

При этом вы могли бы сделать целую луну из урана, если бы захотели. Мы все равно будем в безопасности.

Могло ли это произойти без взрыва Луны?

Конечно. Чтобы он взорвался, он должен быть настолько горячим, чтобы стать газообразным. Он должен быть горячим, как звезда. Но для этого он должен быть намного массивнее Юпитера.

Может ли это работать 2000 лет (то есть всего 4 миграции)?

На самом деле он может оставаться там столько же, сколько и наша Луна.

Может ли это повлиять на участок, значительно меньший, чем целое полушарие?

Неа.

Если бы Луна вращалась вокруг планеты каждые 500 лет и находилась на геостационарной орбите, на планете был бы день длиной 500 лет! О, вы сказали почти геостационарная орбита. Кажется, вы имеете в виду, что Луна на самом деле совершает оборот вокруг планеты много раз за 500 лет, но положение точки непосредственно под Луной медленно вращается вокруг планеты каждые 500 лет.

Земля, как и жизнь, нуждается в относительно коротких дневных/ночных циклах, поэтому, если планета подобна Земле, а люди, их растения и животные подобны людям и земной жизни, им, вероятно, потребуются относительно короткие дневные/ночные циклы, чтобы планета не нагревалась. слишком много в течение дня и слишком сильное охлаждение ночью.

Итак, если планета точно такая же, как Земля, то точно синхронная орбита займет ровно один день, и в году будет около 365,25 дней, и, таким образом, через 500 лет будет около 182 625 дней. 360 угловых градусов в окружности, разделенные на 182 625, составляют 0,0019712 градусов. 21 600 угловых минут разделить на 182 625 и получить 0,1182751. 1 296 000 угловых секунд, разделенных на 182 625, равно 7,09650 угловых секунд.

Таким образом, Луна не будет казаться неподвижной в небе, а будет перемещаться на 7,09650 угловых секунд, или 0,1182 угловых минут, или 0,0019712 угловых градусов каждый день. Видимому положению Луны потребовалось бы 845,52295 дней, чтобы сдвинуться на один градус дуги, что примерно вдвое превышает видимую ширину Луны. поскольку один градус на Земле составляет около 60 миль, пятну под Луной потребуется около 2,3149 лет, чтобы переместиться примерно на 60 миль.

Примечание. Если предположить, что естественный спутник или луна вращается вокруг планеты, которая в точности похожа на Землю, геосинхронная орбита будет далеко за пределами предела Роша, что приведет к распаду луны, поэтому луна на геостационарной орбите должна быть в порядке.

Таким образом, луна могла бы располагаться почти на геосинхронной орбите дубликата Земли с достаточной разницей, чтобы точка на планете прямо под луной совершала оборот вокруг планеты каждые 500 лет.

Но идея о том, что радиоактивная луна может убить жизнь под воздействием ее излучения, кажется неправдоподобной, потому что атмосфера Земли, магнитное поле и озоновый слой блокируют большинство форм опасного излучения с поверхности Земли. Если вы измените их настолько, что радиоактивная луна может убить жизнь на планете, вы измените их настолько, что солнечная радиация, солнечный ветер и космические лучи, вероятно, в любом случае убьют все живое на планете повсюду, так что выход из-под радиоактивной луны выиграл не приноси жизни никакой пользы.

Так что нужен какой-то другой способ, чтобы луна убила хоть какую-то жизнь на планете.

Если Луна вращается вокруг планеты точно в той же плоскости, в которой планета вращается вокруг Солнца, Луна, вероятно, будет затмена около полуночи тенью планеты. Но если орбита Луны немного наклонена, она никогда не затмится, а останется в солнечном свете на протяжении всей планетарной полночи.

А может быть, недалеко от центра планеты, обращенной к Луне, есть большой кратер с почти параболическим сечением и гладкой, зеркально отражающей поверхностью. А параболическая форма имеет фокус вблизи поверхности планеты. Это было бы совпадением или, может быть, работой злонамеренных сверхпродвинутых инопланетян.

Итак, около полуночи, поскольку дальняя сторона планеты сильно остыла из-за дневного нагрева, подлунная локация получает большой всплеск света и тепла, отраженного от Луны. Таким образом, место под Луной не будет остывать ночью так сильно, как остальная часть поверхности планеты, и поэтому будет становиться все жарче и жарче день за днем. И этот перегретый регион планеты будет двигаться очень медленно.

Горячая земля или вода нагревают воздух над собой. Горячий воздух поднимается вверх и образует зоны низкого давления на поверхности, с которой он поднимается. А зоны пониженного давления вызывают циркуляцию ветра, формирующую штормы. Таким образом, планета может иметь постоянный ураган с глазом в подлунной точке и, возможно, иметь разрушительные ветры, распространяющиеся по большей части полушария. И глаз этого урагана будет медленно перемещаться на несколько миль в год.

Это не уничтожило бы всю жизнь на полушарии, но заставило бы Людей, выращивающих урожай, который будет уничтожен ветрами, медленно мигрировать перед ураганом.

Наша планета имеет сильную магнитосферу, которая защищает нас от внешнего излучения. Это может быть необычно — у Венеры его нет, у Марса — остаточный, но очень слабый. Вот почему некоторые люди немного обеспокоены колонизацией Марса: Curiosity измерил радиацию Солнца в 300 мЗв за 180 дней . Это примерно в 6 раз больше максимальной дозы для атомщика. Допустим, на вашей планете его нет.

У вас может быть планета, состоящая в основном из урана (подобно тому, как Меркурий состоит в основном из железа) — это может дать вам что-то вроде природного ядерного реактора Окло . немного похоже на реактор-размножитель или реактор на бегущей волне.

Неэкранированный реактор (530 Зв) на орбите на высоте 17000 км (синхронно с Марсом) дает мне облучение 1,6 Зв в год, используя это , но только если он в 1 000 000 раз больше, чем Фукусима. Для Земли - это должно быть 42000 км (геосинхронное), что дает мне эквивалентную экспозицию примерно в 5 000 000 раз больше, чем на Фукусиме.

Вы могли бы уменьшить необходимую массу, увеличив вращение планеты — если бы Земля вращалась каждые 90 минут, тогда геосинхронная высота была бы 160 миль (209 км). Это даст вам один реактор, дающий 1 Зв облучения поверхности.

TL/DR: вас убивает не ионизирующее излучение, а тепловыделение.

Как упоминалось в других ответах, ионизирующее излучение радиоактивной луны будет блокироваться атмосферой и на самом деле не сильно повлияет. Но радиоактивная луна также выделяет тепло, и, в зависимости от того, насколько она радиоактивна, этого может быть достаточно, чтобы уничтожить жизнь на Земле.

Солнечная радиация составляет 1361 Вт/м2 в верхней части атмосферы. Если она увеличится на 10% , средняя температура планеты повысится до 46°C, что вызовет безудержный парниковый эффект, который испарит океаны. Неуправляемый парниковый эффект возникает из-за водяного пара, который является парниковым газом, и при средней температуре 46 ° C в атмосфере будет достаточно водяного пара, чтобы запустить неуправляемый парниковый эффект.

Если бы Луна была сделана из урана-238, она, вероятно, взорвалась бы гигантским ядерным взрывом, но давайте предположим, что это не так. (Редактировать: уран-238 не поддерживает цепную реакцию, поэтому он не взорвется) Уран-238 на самом деле является одним из наименее радиоактивных радиоактивных элементов, которые мы знаем. Он генерирует только$0.1$ватт на тонну остаточного тепла. Луна имеет массу$7.34\cdot 10^{19}$тонн. Если бы он был сделан из урана-238, он бы генерировал$7.34\cdot 10^{18}$ватт остаточного тепла. Луна$384400$км от земли. Таким образом, излучение Луны, состоящей из урана-238, на Земле будет

Так что это не так важно, но это всего в 9 раз меньше, чем$136 \space W/m^2$необходимо для испарения океанов. Таким образом, если вы выберете практически любой другой радиоактивный материал для создания своей луны, или сделаете ее немного массивнее, или поместите ее ближе к Земле (коэффициент излучения зависит от квадрата расстояния), выходного тепла будет достаточно, чтобы вскипятить океаны. В$136\space w/m^2$это будет медленный процесс, который, вероятно, займет тысячи лет, но можно найти гораздо больше радиоактивных материалов. Вы можете легко увеличить тепловую мощность радиоактивного распада Луны на миллион или более, что мгновенно поджарит жизнь на Земле.

Луна представляет собой диск того же диаметра, что и солнце, если смотреть с Земли, поэтому тепловое излучение также будет иметь ту же длину волны, что и солнце, при той же интенсивности. В$136\space w/m^2$луна будет где-то около красной или желто-горячей, но если вы сильно увеличите теплоотдачу, луна будет казаться белой или голубой горячей в зависимости от того, какую температуру вы выберете. Хотя если абсолютная теплоотдача от Луны слишком велика, то давление радиации само, вероятно, преодолеет гравитацию Луны и начнет испарять Луну. Но более массивная луна также увеличивает свою гравитацию, так что просто нужно что-то сбалансировать.

Еще один вариант: УФ-излучение

Вышеупомянутое тепловое излучение Луны дало мне еще одну идею: если Луна излучает сильный ультрафиолетовый свет, это сделает более или менее то, что вы хотите. Сделайте луну более плотной, чтобы у вас была меньшая площадь поверхности, поэтому температура будет выше при заданной мощности излучения. Если температура поверхности Луны составляет около 8000 Кельвинов, пик излучения приходится на УФ-А, а также значительное УФ-В. УФ-А не поглощается озоновым слоем, а УФ-В лишь частично. Обычное солнечное излучение содержит только 10% своей энергии в ультрафиолетовом диапазоне, поэтому излучение этой луны должно составлять лишь часть солнечного излучения, чтобы нанести большой ущерб. По-прежнему существует проблема, заключающаяся в том, что если таким образом удвоить естественное ультрафиолетовое излучение, это также увеличит тепло, получаемое землей, на 10%, вызывая неконтролируемый парниковый эффект, описанный выше. А удвоение ультрафиолета увеличит заболеваемость раком кожи, но не сделает сразу одну сторону планеты необитаемой. Но если вы немного уменьшите выход солнечной энергии или разместите Землю немного дальше от солнца, это может сработать. Изменения в полученном тепле изменят климат, а лунное тепло, достигающее только одной стороны земли, сделает это еще больше, но я полагаю, что это тоже выходит за рамки.

Как насчет чего-то более косвенного?

Скажем, мир — это место частично успешного проекта колонизации. «Луна» - последний оставшийся энергетический спутник из созвездия, который привел в действие процесс терраформирования, сдрейфовавший со своей геостационарной орбиты после потери удержания станции, но в остальном все еще активный. Когда он находится над головой, забытые механизмы терраформирования / управления погодой на поверхности активируются и работают без присмотра, оказывая неблагоприятное воздействие на окружающую среду.

Потомки колонистов могли приспособиться к нынешнему состоянию планеты или стать зависимыми от частей ее родной жизни и рассматривать терраформирование как вредное, или оно могло просто причинить вред из-за неисправности и отсутствия контроля.

Некоторые районы могут быть относительно защищены из-за географических и погодных условий или из-за локальных сбоев терраформирующих машин.