Поместите спутник на Солнце-Марс L1, чтобы защитить Марс от солнечной радиации.

Вместо того, чтобы размещать множество магнитных спутников рядом с Марсом для искусственного создания магнитного поля для защиты марсианских колонистов от вредного излучения , мы могли бы разместить магнитный спутник в точке Лагранжа L1. Магнитное поле не должно быть настолько сильным, чтобы отклонять солнечный ветер достаточно, поскольку отклонение происходит на протяжении миллионов километров, прежде чем оно достигнет планеты. Что для этого нужно, чтобы быть практичным?

И я только что сделал быстрый расчет: солнечный ветер = 400 км/с, L1 находится примерно в 1000000 км от Марса, поэтому вам нужно магнитное поле, которое индуцирует перпендикулярную скорость 1,4 км/с. Предположим, что взаимодействие между магнитом и частицей иона происходит в пределах 10 км, вам нужно всего лишь 1,7E-6 Тесла, чтобы отклонить его! Мы можем легко изготовить магниты мощностью 20 Тл, работающие от солнечной панели. Так эффект затронет большее сечение. Это кажется слишком легким. Может ли кто-нибудь перепроверить мой расчет?
К сожалению, спутника на L1 будет недостаточно. Как указывает Марк Адлер в этом ответе , поток солнечных протонов на Марс практически всенаправлен.
А как насчет защиты от другого космического излучения? Просто любопытно.
Доктор Джим Грин из отдела планетологии НАСА предложил разместить магнитный дипольный экран в точке Марса L1 Лагранжа, чтобы создать искусственную магнитосферу для защиты от солнечного ветра и радиации. phys.org/news/2017-03-nasa- Magnetic-shield-mars-atmosphere.html

Ответы (3)

Это отвечает на вопрос, как заблокировать попадание ионов, исходящих непосредственно от Солнца, на Марс со спутника, находящегося в точке L1. Он не распространяется на то, эффективен ли такой щит для снижения уровня радиации на поверхности Марса. См., например , здесь для более подробной информации об излучении.

Во-первых, давайте посмотрим на необходимое магнитное поле. Внутри магнитного поля (серая область) частицы следуют по круговой траектории (зеленая). Радиус зависит от напряженности магнитного поля и импульса частицы, а полный угол отклонения также зависит от длины поля.Траектория

Используя оценку расстояния между Марсом и L1 в 1 миллион километров и диаметр Марса в 6000 км, мы видим, что нам нужно отклонить солнечный ветер примерно на 0,3°. Далее, приняв толщину магнитного поля в 10 км, мы видим, что радиус пути частиц в магнитном поле должен быть около 1500 км. Теперь мы можем использовать формулу магнитной жесткости

Б знак равно м в д р
и подставив известные значения массы и заряда альфа-частиц, получим напряженность магнитного поля 5 нТл — или примерно в 10000 раз слабее магнитного поля Земли.

Звучит достаточно просто? Давайте посмотрим на чистую геометрию. На чертеже все значения даны в тысячах километров - по понятным причинам не в масштабе.

Размер щита - геометрия

Диаметр Солнца (желтого) составляет около 1,4 миллиона километров, и нам нужно полностью его покрыть. Щит (синий), расположенный в 1 миллионе километров от Марса (красный), который полностью закрывает солнце, имеет диаметр:

р знак равно р с ты н г л 1 г с ты н знак равно 6100   к м
Но мы хотим покрыть всю поверхность Марса (зеленый щит), поэтому нам нужно добавить еще 3000 км в каждом направлении, что даст общий диаметр 12000 км. Это равносильно построению кольца вокруг экватора Земли!

К сожалению, построить одну катушку такого диаметра недостаточно — магнитное поле должно быть перпендикулярно солнечному ветру и предполагаемому направлению отклонения. То есть указывая от зрителя, в экран.

Настройка двойной катушки

Одна катушка разумного размера не способна создать такое поле, которое распространяется на тысячи километров вдоль оси катушки. Простым способом обеспечить это будет пара катушек Гельмгольца (оранжевые). Снова предполагая диаметр 12000 км (что уже выходит за рамки простых формул, так как расстояние между двумя катушками должно быть меньше их диаметра) и медную жилу сечением 1 квадратный метр, вся установка потребуются разумные 10 МВт мощности, но весят около миллиарда тонн, или, другими словами, мировое производство меди за 50 лет, запущенное в космос.

Обратите внимание, что нет строгой необходимости использовать сечение в 1 квадратный метр. Мы всегда можем обменять массу на необходимую мощность из-за повышенного сопротивления более тонкого медного «провода»: половина поперечного сечения требует удвоенной мощности.

Спасибо Asdfex за ответ. Зачем нужна медная жила сечением 1 квадратный метр?
Спасибо Asdfex за ответ. Зачем нужна медная жила сечением 1 квадратный метр? При этом не требуется, чтобы магнитное поле было однородным, как в паре катушек Гельмгольца. Все, что нам нужно, чтобы отклонить альфа-частицу, это чтобы во всех точках поперечного сечения B > 5 нТл и перпендикулярно ее скорости. Кроме того, в моем первом сообщении я установил расстояние взаимодействия 10 км, потому что скорость частиц довольно высока. Сильное магнитное поле может распространяться дальше, чем в плазме Солнечной системы. В следующей книге упоминается радиус 120 км с 5 E6 Amp * m / кг.
Таким образом, чтобы спутник не превратился в магнитный парус, он должен вращаться так, чтобы силы уравновешивались за полный оборот. Затем пусть выстраиваются 3 таких спутника на расстоянии 240 км друг от друга, по 2 на каждом конце вращаются, а центробежная сила компенсируется магнитной силой. Так, чтобы они оставались на одном и том же постоянном расстоянии.
В зависимости от генерируемого магнитного поля мы можем защитить как минимум большую площадь на поверхности Марса. Мы можем синхронизировать вращение таким образом, чтобы каждый раз, когда марсианское поселение было обращено к солнцу (то есть в полдень по их времени), их экранирующий эффект был максимальным.
Я добавил несколько предложений о поперечном сечении и о том, зачем использовать пару катушек. Обратите внимание, что речь идет не о классической установке Гельмгольца, а просто о двух катушках, расположенных далеко друг от друга. Поле, создаваемое ими, далеко не однородно и намного меньше 5 нТл, поскольку длина взаимодействия составляет порядка 10000 км, а не только 10. Я сделал поправку на это в своем грубом расчете установки катушки, но не упомянул об этом. Я не могу прочитать книгу, на которую вы ссылаетесь, Google не позволяет мне читать эти страницы. @uhoh, да, я могу попытаться сделать несколько снимков в ближайшие дни.
Очень хорошие расчеты и спасибо, что поделились. Но я ненавижу быть критиком. Я думаю, что расчеты раздуты, и нам может понадобиться гораздо меньший шельд. Диаграмма выше для Солнца и Марса была бы правильной, если бы Солнце и Марс были Плоскими телами, находящимися на небольшом расстоянии. Если учесть, что Солнце круглое (сферическое), то становится очевидным, что с расстоянием интенсивность солнечного ветра уменьшается. То же самое можно сказать и о яркости Солнца. Если мы будем следовать приведенной выше модели плоского солнца, то увидим, что его интенсивность будет одинаковой независимо от расстояния. Просто для примера рассмотрим видимое Солнце
диаметр на поверхности Земли меньше, чем у Луны. Таким образом, расчеты необходимого размера катушки могут быть более чем на три порядка больше, чем нам нужно, что делает это возможным. Может ли кто-нибудь провести расчеты еще раз, принимая во внимание, что интенсивность солнечного ветра падает с расстоянием?
Интенсивность падает с расстоянием, но это не имеет ничего общего с тем, что Солнце сферическое или круглое. Я просто нарисовал это так, чтобы сделать графику проще. Кроме того, размер магнитного поля не зависит от интенсивности, а только от энергии отдельной частицы, которая не меняется с расстоянием.
Вместо одной катушки диаметром 12000 км не может ли быть много маленьких катушек, вращающихся вокруг L1?

Сама идея была предложена ранее в этом месяце на семинаре Planetary Science Vision 2050 Workshop.

Доклад назывался: «Марсианская среда будущего для науки и исследований», Дж. Грин, Р. Бэмфорд и др. др.

Для моделирования они объединили инструменты моделирования гелиофизики с глобальной климатической моделью Марса. Их резюме предполагает, что размещение диполя 1-2 Тесла на L1 действительно достаточно для защиты и восстановления марсианской атмосферы. Однако масштаб не указан. В полном докладе указано 50 000 нТл, измеренное на одном земном радиусе, что сравнимо с регенерацией магнитного поля Земли и явно представляет собой проблему.

Было дано немного подробностей о том, как генерировать поле искусственной магнитосферы, но было отмечено, что силовые линии должны оставаться параллельными межпланетному полю, чтобы хорошо функционировать в качестве щита.

введите описание изображения здесь

Вы можете увидеть полный доклад здесь (начало в 1:36:10).

Это не ответ на вопрос! Связанный материал может содержать соответствующую информацию, но в этом случае публикация должна включать ее. Вы можете отредактировать свой пост, нажав на кнопку «редактировать».
Насколько велик «диполь» на 1 Тесла? Какой размер? Если она определена в единицах Тесла, это должна быть катушка с заданной площадью. Катушка в 1 Тесла объемом в 1 литр не защитит планету! Тем не менее, вы можете подумать над ответом на вопрос , проводит ли НАСА исследования «мини-магнитосфер» для защиты экипажа от радиации в космосе? что является более «поведенческим», чем количественным!
В яблочко. Их моделирование показывает, что им нужно 50 000 нТл, измеренное на 1 земном радиусе (примерно такое же, как магнитное поле Земли). Итак, это огромное поле земного масштаба с сравнимой силой.
Спасибо, Мартин, очень поучительная презентация. Я рад, что кто-то моделирует это, чтобы изучить глобальный эффект. Это маленький шаг на пути Геркулеса к терраформированию Марса. Спасибо всем за рассмотрение задачи. Теперь вопрос в том, как сделать стабильный биполь с такой силой на стабильной орбите на L1. Это вызов из-за эффекта магнитного плавания. С уважением, РБ.
@asdfex У вас есть мысли по этому поводу? (Извините за 2+ летний удар ;p)

Искусственной магнитосфере не обязательно блокировать излучение. Достаточно просто отклонить ионы на 0,006 радиана в любом направлении. Может быть, 0,01 радиана, чтобы быть в безопасности. Точка L1 находится в миллионе километров от Марса, а Марс имеет диаметр 6000 километров.

Это гораздо меньшее поле, чем потребовалось бы, чтобы заключить Марс в хвост магнитосферы.

Возможно, стоит подумать о создании одного из них и для Земли L1. Стыдно уничтожать северное сияние, но тогда мы не хотим терять нашу энергосистему. Может быть, включить его по запросу, когда будет обнаружен шторм.

Поместите спутник на Солнце-Марс L1, чтобы защитить Марс от солнечной радиации.
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v