Welche Bedingungen könnten einen Planeten schaffen, der größere Mengen an Antimaterie in seinem Strahlungsgürtel hat?

In der Science-Fiction-Umgebung, an der ich arbeite, soll eine der Fraktionen natürlich vorkommende Antimaterie verwenden, weil die Systeme, in denen sie leben, über ausreichende natürliche Quellen davon verfügen.

Ich habe die Idee erforscht, Positronen in Gasriesenstürmen nachzujagen, aber festgestellt, dass Antiprotonen in den Strahlungsgürteln von Welten zu finden sind. Antiprotonen haben mehr Masse und sind nicht in der feindlichen Umgebung der Atmosphäre eines Gasriesen gefangen.

Leider scheinen sie nicht in ausreichender Menge vorhanden zu sein, um eine Flotte anzutreiben. Nach dem, was ich gelesen habe, hat der Van-Allen-Strahlungsgürtel unseres Planeten irgendwo zwischen 100 und 200 Nanogramm Antimaterie, mit der man arbeiten kann. Ich denke, es war weniger Energie als eine Viertel Gallone Benzin.

Das Konzept schien vernünftig genug, dass ich sehen wollte, ob es Bedingungen gibt, die den Überfluss an Antimaterie in den Strahlungsgürteln eines Planeten beeinflussen könnten. Während dieser Planet nicht bewohnbar sein muss, muss er zumindest im selben Sternensystem wie eine bewohnbare Welt existieren.

Ich bin also gespannt, unter welchen Bedingungen ein Strahlungsgürtel entstehen könnte, der eine Fülle von Antimaterie produziert / enthält, die ausreicht, um Raumschiffe anzutreiben, und welche Eigenschaften der Planet mit einem solchen Gürtel haben würde, insbesondere seine Atmosphäre und Größe.

Da diese Antimaterie bei Wechselwirkungen mit der Atmosphäre eines Planeten und kosmischer Strahlung gebildet wird, stelle ich mir vor, dass die Sterne eines Systems auch ein Faktor sind, der eine bewohnbare Welt in diesem System möglicherweise etwas schwieriger machen könnte.

Eine Sache, die es zu berücksichtigen gilt, ist, wie die Energie der Materie-Antimaterie-Wechselwirkung in eine nützliche Form umgewandelt werden kann. Elektron-Positron-Wechselwirkungen erzeugen 0,511 MeV Gammastrahlen, die von einer mäßigen Dicke eines Materials mit hohem Z absorbiert (in Wärmeenergie umgewandelt) werden können. Proton-Antiproton-Wechselwirkungen sind komplizierter und der beste Weg, den größten Teil der Energie effizient in eine nützliche Form umzuwandeln, ist weniger offensichtlich.

Antworten (1)

Ich habe mir die Entdeckungsarbeit ( Adriani et al. (2011) ) über Antimaterie in den Van-Allen-Gürteln der Erde durchgelesen und möchte nur einige Punkte erläutern, bevor wir beginnen:

  • Die Antimaterie in den Van-Allen-Gürteln besteht, wie Sie sagten, hauptsächlich aus Antiprotonen. Antineutronen können anfänglich erzeugt werden, aber freie Neutronen (und Antineutronen) sind instabil und zerfallen daher in Protonen (und Antiprotonen).
  • Der Haupterzeugungsmechanismus für Antiprotonen in den Van-Allen-Gürteln ist der CRAND-Prozess, [1] bei dem galaktische kosmische Strahlen (GCRs) mit Teilchen kollidieren, um Neutronen und Antineutronen zu erzeugen. nur GCRs – nicht kosmische Strahlung aus anderen Quellen wie der Sonne – haben genug Energie, um dies zu tun. Diese Neutronen und Antineutronen zerfallen und erzeugen Protonen und Antiprotonen. Auf der Erde sollte der Fluss sein ∼ 4000  m − 2  s − 1 [2] .
  • Ein sekundärer Mechanismus besteht darin, dass GCRs mit dem interstellaren Medium kollidieren, um Neutron-Antineutron-Paare zu erzeugen. Diese Teilchen zerfallen dann und schicken Antiprotonen und andere Teilchen davon. Der Fluss auf der Erde ist ∼ 3  m − 2  s − 1 [2] .
  • Antiprotonen gehen durch Wechselwirkungen mit der Atmosphäre und Instabilitäten im Magnetfeld verloren. Wie bei der Produktion hängen diese Verluste vom Eintrittswinkel in die Atmosphäre ab. In großer Höhe dominieren Kollisionen mit Wasserstoff- und Heliumkernen.
  • Die Magnetosphäre eines Planeten kann ihn vor kosmischer Strahlung abschirmen und so die Produktionsrate von Antiprotonen reduzieren. Dies ist teilweise der Grund, warum Jupiter keinen so hohen Antiprotonenfluss wie die Erde erhält. In einem Gasriesen (insbesondere Saturn) kann dies durch Antiprotonenproduktion in den Ringen durch andere Mechanismen gemildert werden, aber wahrscheinlich nicht wesentlich.

Es scheint also naheliegend zu sein, den Planeten irgendwo mit einem höheren Fluss galaktischer kosmischer Strahlung zu platzieren. Ich glaube nicht, dass wir die Verlustraten von Antiprotonen verringern können, ohne die Produktion über den atmosphärischen Kollisionsweg zu beeinträchtigen. Sie könnten versuchen, eine sehr starke Quelle kosmischer Strahlung in das Planetensystem einzuführen, aber ich habe keine Idee, was das sein könnte. Es könnte sich auch nachteilig auf die Bewohnbarkeit anderer Planeten auswirken.

Ein Problem ist, dass wir keine genaue Vorstellung davon haben, woher all die galaktische kosmische Strahlung kommt. Es gibt einige Möglichkeiten da draußen (und alle diese könnten verschiedene Komponenten des GCR-Flusses auf der Erde erzeugen):

  • Supernovae könnten eine Quelle sein, [3] obwohl einige Beobachtungen des GCR-Spektrums dies bestreiten. Wenn Sie Ihr System irgendwo in der Nähe einer Sternkinderstube aufstellen, könnte es in der Nähe einiger Supernovae platziert werden, da die massereichen Sterne, die Supernova-Vorläufer sind, ein so kurzes Leben haben, dass sie sich kaum von ihren Geburtsorten entfernen. Viele Supernovae in der Nähe zu haben, macht Weltenbauer jedoch nervös - ich denke, 10 Parsecs sind der nächste Wert, den Sie erreichen möchten, wenn Sie die Bewohnbarkeit bewahren möchten.
  • Aktive galaktische Kerne [4] sind ebenfalls eine Option, wenn auch eine, die Sie nicht viel kontrollieren können, indem Sie Ihr Planetensystem durch die Galaxie bewegen. Diese könnten eine Quelle der energiereichsten GCRs sein, die ziemlich gut Magnetfelder und die Atmosphäre durchdringen könnten.

Nun, eine Sache, die Sie tun könnten, ist, die Aktivität des Zentralsterns zu verringern. Die Sonne blockiert GCRs während koronaler Massenauswürfe und ähnlicher Eruptionen, was zu einer sogenannten Forbush-Abnahme führt, [5] was einfach der Fall ist, wenn weniger GCRs die Erde erreichen. Wir sehen auch Modulationen im GCR-Fluss während des 11-jährigen Aktivitätszyklus der Sonne . Letzteres führt zu Flussänderungen von etwa 10–20 %, in der Spitze. Denken Sie jedoch daran, dass dies von einem Basisaktivitätsniveau aus gemessen wird; Sternereignisse (koronale Massenauswürfe, Sternfackeln, Langzeitfluktuationen usw.) erheblich reduzieren, und Sie könnten wirklich etwas bewirken.

Daher habe ich zwei Vorschläge:

  1. Stellen Sie Ihr Planetensystem in sicherer Entfernung von einer Sternentstehungsregion auf, wo Sie möglicherweise größere GCR-Flüsse sehen.
  2. Machen Sie den Zentralstern zu einem mit geringer Sternaktivität.

Vielleicht können Sie die Menge an Antimaterie in den Strahlungsgürteln um eine Größenordnung oder so erhöhen - vielleicht mehr. Ich bin mir nicht sicher, wie stark die Auswirkungen sein würden.

Wenn das Ziel „Aufhebung des Unglaubens“ ist, könnte sich das OP mit einem instabilen Stern zufrieden geben, der sich seinem Supernova-Stadium nähert und eine ungewöhnlich hohe Konzentration von kosmischen Strahlen aus massiven Teilchen erzeugt? Das Ergebnis wären keine bewohnbaren Planeten im System, aber Sie könnten von allen Planeten im System haben. Die zusätzliche Komplexität von „Wir müssen diesen verdammten Stern im Auge behalten“ verleiht der Geschichte auch eine zusätzliche Dimension.
Ein idealer Planet wäre also einer mit einer Atmosphäre, aber einer schwachen Magnetosphäre, der einen Stern mit geringer Sternaktivität umkreist. Ich beabsichtige, dass es dafür mindestens eine bewohnbare Welt gibt, aber ich könnte mehrere Planeten haben, die die Bedingungen haben, die signifikante Antimaterie produzieren würden. Da die Aktivität des Sterns GCR blockieren kann, wären die äußeren Planeten dieses Systems wahrscheinlichere Kandidaten?
@Arvex Ich würde mich nicht unbedingt für eine schwache Magnetosphäre entscheiden; Schließlich können sich so die Gürtel bilden! Offensichtlich wollen Sie nicht ins andere Extrem gehen und es zu stark machen. Die äußeren Planeten könnten eine gute Wahl sein. Das einzige Problem ist, dass sich terrestrische Planeten wahrscheinlich nicht außerhalb der Frostgrenze bilden , und terrestrische Planeten könnten Ihre beste Chance sein. . . aber das kannst du ignorieren, wenn du willst.
@JBH Sie könnten, aber es gibt den Nachteil, dass die Supernova die Planeten aller bedeutenden Atmosphären abschmelzen könnte und sie ohne Mittel für kosmische Strahlen zurücklässt, um diese Antiprotonen durch Kollisionen zu erzeugen.
Also ein terrestrischer Planet innerhalb der bewohnbaren Zone. An diesem Punkt klingt es so, als könnte dieser ideale Planet für diese Fraktion sogar bewohnbar sein.
@Arvex Auf jeden Fall - und wenn Sie sich von allem Gefährlichen fernhalten, mag ich die Chancen für die Bewohnbarkeit sehr.
Welche Bedingungen könnten einen Planeten schaffen, der größere Mengen an Antimaterie in seinem Strahlungsgürtel hat?
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