Kunstnerillustrasjon av et elektromagnetisk skjold som kan beskytte astronauter. Bildekreditt: Hubble. Klikk for å forstørre.
Motsatte anklager tiltrekker seg. Som avgifter frastøter. Det er den første leksjonen om elektromagnetisme, og en dag kan det redde livene til astronauter.
NASAs Vision for Space Exploration krever en retur til Månen som forberedelse til enda lengre reiser til Mars og utover. Men det er en potensiell showstopper: stråling.
Plass utenfor bane på lav jord er overfylt med intens stråling fra solen og fra dype galaktiske kilder som supernovaer. Astronauter på vei til Månen og Mars kommer til å bli utsatt for denne strålingen, og øker risikoen for kreft og andre sykdommer. Å finne et godt skjold er viktig.
Den vanligste måten å takle stråling på er ganske enkelt å fysisk sperre den, slik den tykke betongen rundt en atomreaktor gjør. Men å lage romskip fra betong er ikke et alternativ. (Interessant kan det være mulig å bygge en månebase fra en betongblanding av moondust og vann, hvis vann kan bli funnet på Månen, men det er en annen historie.) NASA-forskere undersøker mange strålingsblokkerende materialer som aluminium, avansert plast og flytende hydrogen. Hver har sine fordeler og ulemper.
Dette er alle fysiske løsninger. Det er en annen mulighet, en uten fysisk substans, men rikelig med skjermingskraft: et kraftfelt.
Det meste av den farlige strålingen i rommet består av elektrisk ladede partikler: høyhastighetselektroner og protoner fra solen, og massive, positivt ladede atomkjerner fra fjerne supernovas.
Som avgifter frastøter. Så hvorfor ikke beskytte astronauter ved å omgi dem med et kraftig elektrisk felt som har samme ladning som den innkommende strålingen, og på den måten avleder strålingen bort?
Mange eksperter er skeptiske til at det kan lages elektriske felt for å beskytte astronauter. Men Charles Buhler og John Lane, begge forskere med ASRC Aerospace Corporation ved NASAs Kennedy Space Center, tror det kan gjøres. De har mottatt støtte fra NASA Institute for Advanced Concepts, hvis jobb er å finansiere studier av fjerne ideer, for å undersøke muligheten for elektriske skjold for månebaser.
"Å bruke elektriske felt for å avvise stråling var en av de første ideene på 1950-tallet, da forskere begynte å se på problemet med å beskytte astronauter mot stråling," sier Buhler. "De droppet imidlertid ideen, fordi det virket som de høye spenningene som trengs og de klossete designene som de trodde ville være nødvendige (for eksempel å plassere astronautene i to konsentriske metallsfærer) ville gjøre et slikt elektrisk skjold upraktisk."
Buhler og Lane tilnærming er annerledes. I konseptet deres ville en månebase ha et halvt dusin eller så oppblåsbare, ledende kuler omtrent 5 meter over montert over basen. Kulene vil deretter lades opp til et veldig høyt statisk-elektrisk potensiale: 100 megavolt eller mer. Denne spenningen er veldig stor, men fordi det vil være veldig liten strøm som strømmer (ladningen vil sitte statisk på kulene), ville det ikke være mye strøm for å opprettholde ladningen.
Kulene ville være laget av et tynt, sterkt stoff (for eksempel Vectran, som ble brukt til landingsballongene som dempet støtet for Mars Exploration Rovers) og belagt med et veldig tynt lag av en leder som gull. Stoffkulene kunne brettes sammen for transport og deretter oppblåses ved ganske enkelt å laste dem med en elektrisk ladning; lignende ladninger av elektronene i gulllaget avviser hverandre og tvinger sfæren til å ekspandere utover.
Å plassere kulene langt over hodet ville redusere faren for at astronauter berører dem. Ved å velge ordningen for kulene nøye, kan forskere maksimere deres effektivitet når det gjelder å avvise stråling mens de minimerer deres innvirkning på astronauter og utstyr ved bakken. I noen utførelser er faktisk nettets elektriske felt på bakkenivå null, og lindrer dermed eventuelle helserisiko fra disse sterke elektriske felt.
Buhler og Lane leter fremdeles etter det beste arrangementet: En del av utfordringen er at stråling kommer som både positivt og negativt ladede partikler. Kulene må være anordnet slik at det elektriske feltet er for eksempel negativt langt over basen (for å avvise negative partikler) og positivt nærmere bakken (for å avvise de positive partiklene). "Vi har allerede simulert tre geometrier som kan fungere," sier Buhler.
Bærbare design kan til og med være montert på "månebugggy" månefjellene for å gi beskyttelse for astronauter når de utforsker overflaten, forestiller Buhler.
Det høres fantastisk ut, men det er mange vitenskapelige og tekniske problemer som ennå ikke er løst. For eksempel bemerker skeptikere at et elektrostatisk skjold på Månen er mottakelig for å bli kortsluttet av flytende moondust, som selv er ladet av ultrafiolett stråling. Solvind som blåser over skjoldet kan også forårsake problemer. Elektroner og protoner i vinden kan bli fanget av labyrinten av krefter som utgjør skjoldet, og føre til sterke og utilsiktede elektriske strømmer rett over hodene til astronautene.
Forskningen er fremdeles foreløpig, understreker Buhler. Moondust, solvind og andre problemer blir fortsatt undersøkt. Det kan være at en annen type skjold ville fungere bedre, for eksempel et superledende magnetfelt. Disse ville ideene har ennå ikke ordnet seg.
Men hvem vet, kanskje en dag astronauter på Månen og Mars vil fungere trygt, beskyttet av et enkelt prinsipp om elektromagnetisme, selv et barn kan forstå.
Original kilde: [e-postbeskyttet]
