Kunstnerillustration af et elektromagnetisk skjold, der kan beskytte astronauter. Billedkredit: Hubble. Klik for at forstørre.
Modsatte afgifter tiltrækker. Som afgifter frastøder. Det er den første lektion af elektromagnetisme, og en dag kan det redde astronauternes liv.
NASA's Vision for Space Exploration kræver en tilbagevenden til Månen som forberedelse til endnu længere rejser til Mars og videre. Men der er en potentiel showstopper: stråling.
Plads udover kredsløb med lav jord er vældig med intens stråling fra solen og fra dybe galaktiske kilder såsom supernovas. Astronauter på vej til Månen og Mars vil blive udsat for denne stråling, hvilket øger deres risiko for at få kræft og andre sygdomme. At finde et godt skjold er vigtigt.
Den mest almindelige måde at håndtere stråling på er simpelthen fysisk at blokere den, som den tykke beton omkring en atomreaktor gør. Men at fremstille rumskibe fra beton er ikke en mulighed. (Interessant nok kan det være muligt at bygge en månebase fra en betonblanding af moondust og vand, hvis der kan findes vand på Månen, men det er en anden historie.) NASA-forskere undersøger mange strålingsblokerende materialer som aluminium, avanceret plast og flydende brint. Hver har sine egne fordele og ulemper.
Det er alle fysiske løsninger. Der er en anden mulighed, en uden fysisk substans men masser af afskærmningskraft: et kraftfelt.
Det meste af den farlige stråling i rummet består af elektrisk ladede partikler: højhastighedselektroner og protoner fra solen og massive, positivt ladede atomkerner fra fjerne supernovas.
Som afgifter frastøder. Så hvorfor ikke beskytte astronauter ved at omringe dem med et magtfuldt elektrisk felt, der har den samme ladning som den indkommende stråling, og således afleder afstrålingen væk?
Mange eksperter er skeptiske over, at der kan laves elektriske felter for at beskytte astronauter. Men Charles Buhler og John Lane, begge forskere med ASRC Aerospace Corporation ved NASAs Kennedy Space Center, mener, at det kan gøres. De har modtaget støtte fra NASA Institute for Advanced Concepts, hvis opgave er at finansiere studier af fjerne ideer, for at undersøge muligheden for elektriske skjolde til månebaser.
”Brug af elektriske felter til at afvise stråling var en af de første ideer tilbage i 1950'erne, da forskere begyndte at se på problemet med at beskytte astronauter mod stråling,” siger Buhler. ”De droppede dog hurtigt ideen, fordi det så ud som om de høje spændinger, der var nødvendige, og de akavede design, som de troede var nødvendige (for eksempel at placere astronauterne i to koncentriske metalkugler) ville gøre et sådant elektrisk skjold upraktisk.”
Buhler og Lane's tilgang er anderledes. I deres koncept ville en månebase have et halvt dusin eller så oppusteligt, ledende kugler omkring 5 meter over monteret over basen. Kuglerne lades derefter op til et meget højt statiske-elektrisk potentiale: 100 megavolt eller mere. Denne spænding er meget stor, men fordi der ville være meget lidt strøm, der strømmer (ladningen vil sidde statisk på kuglerne), ville der ikke være meget strøm til at opretholde ladningen.
Kuglerne ville være lavet af et tyndt, stærkt stof (som Vectran, der blev brugt til landingsballonerne, der dæmpede påvirkningen for Mars Exploration Rovers) og belagt med et meget tyndt lag af en leder som guld. Stoffkuglerne kunne foldes op til transport og derefter oppustes ved blot at lægge dem med en elektrisk ladning; lignende ladninger af elektronerne i guldlaget afviser hinanden og tvinger kuglen til at ekspandere udad.
At placere kuglerne langt over hovedet ville reducere faren for, at astronauter rører ved dem. Ved omhyggeligt at vælge arrangementet af sfærerne kan forskere maksimere deres effektivitet ved at afvise stråling og samtidig minimere deres indvirkning på astronauter og udstyr ved jorden. I nogle design er faktisk det elektriske netfelt på jordniveau nul, hvilket lindrer potentielle sundhedsrisici fra disse stærke elektriske felter.
Buhler og Lane søger stadig efter det bedste arrangement: En del af udfordringen er, at stråling kommer som både positivt og negativt ladede partikler. Kuglerne skal være arrangeret, så det elektriske felt er fx negativt langt over basen (for at afvise negative partikler) og positivt tættere på jorden (for at afvise de positive partikler). ”Vi har allerede simuleret tre geometrier, der muligvis fungerer,” siger Buhler.
Bærbare mønstre kan endda monteres på ”månebuggy” månefjælker for at tilbyde beskyttelse for astronauter, når de udforsker overfladen, forestiller sig Buhler.
Det lyder vidunderligt, men der er mange videnskabelige og tekniske problemer, der endnu ikke er løst. F.eks. Bemærker skeptikere, at et elektrostatisk skjold på Månen er modtageligt for at blive kortsluttet af flydende moondust, som i sig selv oplades af ultraviolet stråling. Solvind der blæser hen over skjoldet kan også forårsage problemer. Elektroner og protoner i vinden kunne blive fanget af labyrinten af kræfter, der udgør skjoldet, hvilket fører til stærke og utilsigtede elektriske strømme lige over astronauternes hoveder.
Forskningen er stadig foreløbig, understreger Buhler. Moondust, solvind og andre problemer undersøges stadig. Det kan være, at en anden slags skjold ville fungere bedre, for eksempel et superledende magnetfelt. Disse vilde ideer har endnu ikke sorteret sig ud.
Men hvem ved, måske en dag astronauter på Månen og Mars vil arbejde sikkert, beskyttet af et simpelt princip om elektromagnetisme, endda et barn kan forstå.
Oprindelig kilde: [beskyttet via e-mail]
