الفلك

مقدار الإشعاع الكهرومغناطيسي (والجسيمات) التي "تستقبلها" الأرض من الكواكب الأخرى في نظامنا الشمسي؟

مقدار الإشعاع الكهرومغناطيسي (والجسيمات) التي



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

هل يمكن (أو تم بالفعل؟) قياس مقدار ونوع الإشعاع الكهرومغناطيسي (بصرف النظر عن الضوء المرئي) / الجسيمات التي "تتلقاها" الأرض من كوكب معين في نظامنا الشمسي؟

هل يمكن للكواكب الأخرى (كواكب عملاقة مثل كوكب المشتري / زحل) أن تنبعث منها نيوترينوات أو بعض الجسيمات عالية الطاقة الأخرى (مثل الشمس)؟


بالطبع ، تم رصد جميع الكواكب بواسطة العديد من التلسكوبات بأطوال موجية مختلفة. نعم ، إنها تصدر طاقة بأطوال موجية غير الجزء المرئي من الطيف.

بشكل عام ، فإن ذروة إنتاجها تعتمد على درجات الحرارة. يظهر معظم الضوء من الكواكب الخارجية العملاقة في الأشعة تحت الحمراء على سبيل المثال.

ومع ذلك ، فإن بعض الكواكب هي أيضًا بواعث راديوية قوية. على سبيل المثال ، يمتلك المشتري مجالًا مغناطيسيًا قويًا يعمل على تسريع الجسيمات المشحونة التي تنبعث منها موجات الراديو.

يصعب تحديد النيوترينوات بدقة - تكافح التلسكوبات حاليًا لتحديد مصدرها بالضبط في السماء. لا يُتوقع أن تكون الكواكب بواعث قوية للنيوترينو.


ويكي تعليمي


إنها الطاقة المنبعثة من الأجرام السماوية وتنتقل عبر الفضاء على شكل موجات. يتحرك بسرعة الضوء. يعتبر الإشعاع الكهرومغناطيسي ، إلى جانب المادة ، المكون الرئيسي الآخر للكون. وهي تشمل موجات الراديو ، والميكروويف ، وموجات الأشعة تحت الحمراء (الحرارة) ، والضوء المرئي ، والأشعة فوق البنفسجية ، والأشعة السينية ، وأشعة جاما.
غلافنا الجوي يحمي الولايات المتحدة من الإشعاع الكهرومغناطيسي ذي الطاقة العالية: أشعة غاما والأشعة السينية وجزء من الأشعة فوق البنفسجية. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فلن تكون الحياة على الأرض ممكنة.

الأشعة الكونية


الإشعاع العضلي أو الأشعة الكونية ليست موجات ولكنها جسيمات مشحونة للطاقة ، مثل النيوترينوات. تبعث النجوم زخات من الجسيمات التي تمر عبر المنطقة بسرعة عالية. تحمل الأشعة الكونية عبء الطاقة الأعلى المعروف في الكون.
تبعث شمسنا أشعة كونية تصل إلى الأرض. يحول المجال المغناطيسي للأرض أكثر من غيره. لكنها قوية جدًا لدرجة أن جزءًا منها يتمكن من دخول الغلاف الجوي وتجاوزه. في بعض الأحيان ، تمر الجسيمات المشحونة إلى الطبقات العليا من الغلاف الجوي عن طريق القطبين ، وتشكل الشفق القطبي.

ترجمة للأغراض التعليمية مصرح بها من قبل: Astronomía: Tierra ، Sistema Solar y Universo


محتويات

على المدى شعاع إلى حد ما تسمية خاطئة بسبب حادث تاريخي ، حيث كانت الأشعة الكونية في البداية ، وبشكل خاطئ ، يعتقد أنها في الغالب إشعاع كهرومغناطيسي. في الاستخدام العلمي الشائع ، [8] تُعرف الجسيمات عالية الطاقة ذات الكتلة الجوهرية بالأشعة "الكونية" ، بينما تُعرف الفوتونات ، والتي تعد كمًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي (وبالتالي ليس لها كتلة جوهرية) بأسمائها الشائعة ، مثل أشعة غاما أو الأشعة السينية، اعتمادًا على طاقة الفوتون الخاصة بهم.

من الأشعة الكونية الأولية ، التي تنشأ خارج الغلاف الجوي للأرض ، حوالي 99٪ هي النوى العارية للذرات المعروفة (منزوعة قذائفها الإلكترونية) ، وحوالي 1٪ من الإلكترونات المنفردة (أي نوع واحد من جسيمات بيتا). من النوى ، حوالي 90٪ من البروتونات البسيطة (أي نوى الهيدروجين) 9٪ هي جسيمات ألفا ، مطابقة لنوى الهيليوم و 1٪ هي نوى العناصر الأثقل ، تسمى أيونات HZE. [9] تختلف هذه الكسور بشكل كبير على مدى طاقة الأشعة الكونية. [10] جزء صغير جدًا عبارة عن جسيمات مستقرة من المادة المضادة ، مثل البوزيترونات أو البروتونات المضادة. تعد الطبيعة الدقيقة لهذا الجزء المتبقي مجالًا للبحث النشط. فشل البحث النشط من مدار الأرض عن الجزيئات المضادة لألفا في اكتشافها. [11]

تجذب الأشعة الكونية اهتمامًا كبيرًا من الناحية العملية ، نظرًا للضرر الذي تسببه للإلكترونيات الدقيقة والحياة خارج حماية الغلاف الجوي والمجال المغناطيسي ، وعلميًا ، لأنه تم رصد طاقات الأشعة الكونية فائقة الطاقة (UHECRs) الأكثر نشاطًا. للاقتراب من 3 × 10 20 فولت ، [12] حوالي 40 مليون مرة من طاقة الجسيمات التي تسارعها مصادم الهادرونات الكبير. [13] يمكن للمرء أن يظهر أن مثل هذه الطاقات الهائلة يمكن تحقيقها عن طريق آلية الطرد المركزي لتسريع نوى المجرة النشطة. عند 50 J ، [14] تمتلك الأشعة الكونية عالية الطاقة ذات الطاقة الفائقة (مثل جسيم OMG المسجل في عام 1991) طاقات مماثلة للطاقة الحركية لبيسبول 90 كيلومترًا في الساعة (56 ميلاً في الساعة). نتيجة لهذه الاكتشافات ، كان هناك اهتمام بفحص الأشعة الكونية ذات الطاقات الأكبر. [15] ومع ذلك ، لا تحتوي معظم الأشعة الكونية على مثل هذه الطاقات المتطرفة ، حيث يصل توزيع طاقة الأشعة الكونية إلى ذروتها عند 0.3 جيجا إلكترون فولت (4.8 × 10 −11 J). [16]

بعد اكتشاف النشاط الإشعاعي بواسطة Henri Becquerel في عام 1896 ، كان يُعتقد عمومًا أن كهرباء الغلاف الجوي ، تأين الهواء ، ناتج فقط عن الإشعاع من العناصر المشعة في الأرض أو الغازات المشعة أو نظائر الرادون التي تنتجها. [17] قياسات زيادة معدلات التأين على ارتفاعات متزايدة فوق سطح الأرض خلال العقد من عام 1900 إلى عام 1910 يمكن تفسيرها على أنها ناتجة عن امتصاص الهواء المتداخل للإشعاع المؤين. [18]

تحرير الاكتشاف

في عام 1909 ، طور ثيودور وولف مقياسًا كهربائيًا ، وهو جهاز لقياس معدل إنتاج الأيونات داخل حاوية محكمة الإغلاق ، واستخدمه لإظهار مستويات أعلى من الإشعاع أعلى برج إيفل مقارنة بقاعدته. ومع ذلك ، نشرت ورقته في Physikalische Zeitschrift لم تكن مقبولة على نطاق واسع. في عام 1911 ، لاحظ دومينيكو باتشيني اختلافات متزامنة في معدل التأين فوق بحيرة وفوق البحر وعلى عمق 3 أمتار من السطح. استنتج Pacini من انخفاض النشاط الإشعاعي تحت الماء أن جزءًا معينًا من التأين يجب أن يكون بسبب مصادر أخرى غير النشاط الإشعاعي للأرض. [19]

في عام 1912 ، حمل فيكتور هيس ثلاثة أجهزة قياس كهربائية وولف عالية الدقة [20] إلى ارتفاع 5300 متر في رحلة منطاد مجانية. وجد أن معدل التأين زاد أربعة أضعاف تقريبًا عن المعدل على مستوى الأرض. [20] استبعد هيس أن تكون الشمس مصدر الإشعاع من خلال صعود منطاد خلال كسوف شبه كامل. نظرًا لأن القمر يحجب الكثير من إشعاع الشمس المرئي ، لا يزال هيس يقيس ارتفاع الإشعاع عند ارتفاعات متزايدة. [20] وخلص إلى أن "نتائج الملاحظات على الأرجح يمكن تفسيرها بافتراض أن إشعاعًا ذا قدرة اختراق عالية جدًا يدخل من أعلى إلى غلافنا الجوي". [21] في 1913-1914 ، أكد فيرنر كولهورستر النتائج السابقة لفيكتور هيس بقياس زيادة معدل المحتوى الحراري التأين على ارتفاع 9 كم.

حصل هيس على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1936 لاكتشافه. [22] [23]

في 31 مايو 2013 ، أفاد علماء ناسا أن مهمة مأهولة محتملة إلى المريخ قد تنطوي على مخاطر إشعاعية أكبر مما كان يعتقد سابقًا ، بناءً على كمية إشعاع الجسيمات النشطة التي اكتشفها RAD في مختبر علوم المريخ أثناء السفر من الأرض إلى المريخ في 2011-2012. [24] [25] [26]

تحرير الهوية

في أواخر العشرينيات وأوائل الثلاثينيات من القرن الماضي ، وصلت تقنية الميكروسكوبات ذاتية التسجيل التي تحملها البالونات إلى أعلى طبقات الغلاف الجوي أو الغارقة في أعماق كبيرة تحت الماء إلى درجة غير مسبوقة من الكمال من قبل الفيزيائي الألماني إريك ريجنر ومجموعته. نحن مدينون لهؤلاء العلماء ببعض أكثر القياسات دقة على الإطلاق لتأين الأشعة الكونية كدالة للارتفاع والعمق. [27]

صرح إرنست رذرفورد في عام 1931 أنه "بفضل التجارب الدقيقة للبروفيسور ميليكان والتجارب البعيدة المدى التي قام بها البروفيسور ريجينر ، حصلنا الآن لأول مرة على منحنى امتصاص هذه الإشعاعات في الماء والذي قد نعتمد عليه بأمان. بناء على". [28]

في العشرينات من القرن الماضي ، كان المصطلح الأشعة الكونية صاغه روبرت ميليكان الذي أجرى قياسات التأين بسبب الأشعة الكونية من الأعماق تحت الماء إلى الارتفاعات العالية وحول العالم. اعتقد ميليكان أن قياساته أثبتت أن الأشعة الكونية الأولية كانت أشعة جاما ، أي فوتونات نشطة. واقترح نظرية مفادها أنه تم إنتاجها في الفضاء بين النجوم كمنتجات ثانوية لانصهار ذرات الهيدروجين في العناصر الأثقل ، وأن الإلكترونات الثانوية تم إنتاجها في الغلاف الجوي عن طريق تشتت كومبتون لأشعة غاما. ولكن بعد ذلك ، أثناء الإبحار من جاوة إلى هولندا في عام 1927 ، وجد جاكوب كلاي دليلًا ، [29] أكد لاحقًا في العديد من التجارب ، أن كثافة الأشعة الكونية تزداد من المناطق المدارية إلى خطوط العرض الوسطى ، مما يشير إلى أن الأشعة الكونية الأولية تنحرف عن طريق المجال المغنطيسي الأرضي وبالتالي يجب أن تكون جسيمات مشحونة وليس فوتونات. في عام 1929 ، اكتشف بوث وكولورستر جسيمات الأشعة الكونية المشحونة التي يمكن أن تخترق 4.1 سم من الذهب. [30] لا يمكن أن تنتج الجسيمات المشحونة ذات الطاقة العالية بالفوتونات من عملية الاندماج بين النجوم المقترحة من قبل ميليكان. [ بحاجة لمصدر ]

في عام 1930 ، تنبأ برونو روسي بوجود فرق بين شدة الأشعة الكونية القادمة من الشرق والغرب والتي تعتمد على شحنة الجسيمات الأولية - ما يسمى بـ "تأثير الشرق والغرب". [31] ثلاث تجارب مستقلة [32] [33] [34] وجدت أن الكثافة ، في الواقع ، أكبر من الغرب ، مما يثبت أن معظم الانتخابات التمهيدية إيجابية. خلال السنوات من 1930 إلى 1945 ، أكدت مجموعة متنوعة من التحقيقات أن الأشعة الكونية الأولية هي في الغالب بروتونات ، وأن الإشعاع الثانوي الناتج في الغلاف الجوي هو في الأساس الإلكترونات والفوتونات والميونات. في عام 1948 ، أظهرت الملاحظات باستخدام المستحلبات النووية التي تحملها البالونات بالقرب من الجزء العلوي من الغلاف الجوي أن ما يقرب من 10٪ من النوى الأولية عبارة عن نوى هيليوم (جسيمات ألفا) و 1٪ هي نوى أثقل من عناصر مثل الكربون والحديد والرصاص. [35] [36]

خلال اختبار لمعداته لقياس التأثير الشرقي والغربي ، لاحظ روسي أن معدل التفريغ شبه المتزامن لاثنين من عدادات جايجر المنفصلة على نطاق واسع كان أكبر من المعدل العرضي المتوقع. في تقريره عن التجربة ، كتب روسي ". يبدو أنه من حين لآخر تصطدم معدات التسجيل بزخات شديدة من الجسيمات ، مما يتسبب في حدوث مصادفات بين العدادات ، حتى لو تم وضعها على مسافات كبيرة من بعضها البعض." [37] في عام 1937 ، اكتشف بيير أوجيه ، غير مدرك لتقرير روسي السابق ، نفس الظاهرة وحقق فيها بشيء من التفصيل. وخلص إلى أن جسيمات الأشعة الكونية الأولية عالية الطاقة تتفاعل مع نوى الهواء المرتفعة في الغلاف الجوي ، مما يؤدي إلى سلسلة من التفاعلات الثانوية التي تؤدي في النهاية إلى وابل من الإلكترونات والفوتونات التي تصل إلى مستوى الأرض. [38]

كان الفيزيائي السوفيتي سيرجي فيرنوف أول من استخدم المسابير الراديوية لإجراء قراءات للأشعة الكونية بأداة محمولة على ارتفاعات عالية بواسطة منطاد. في 1 أبريل 1935 ، أجرى قياسات على ارتفاعات تصل إلى 13.6 كيلومترًا باستخدام زوج من عدادات جيجر في دائرة مضادة للصدفة لتجنب احتساب زخات الأشعة الثانوية. [39] [40]

استمد هومي ج. بهابها تعبيرًا عن احتمال تشتت البوزيترونات بواسطة الإلكترونات ، وهي عملية تُعرف الآن باسم تشتت بهابها. وصفت ورقته الكلاسيكية ، بالاشتراك مع والتر هيتلر ، التي نُشرت في عام 1937 كيف تتفاعل الأشعة الكونية الأولية القادمة من الفضاء مع الغلاف الجوي العلوي لإنتاج جسيمات تُلاحظ على مستوى الأرض. شرح بهابها وهايتلر تشكيل دش الأشعة الكونية من خلال الإنتاج المتسلسل لأشعة غاما وأزواج الإلكترونات الموجبة والسالبة. [41] [ بحاجة لمصدر ] [42]

تحرير توزيع الطاقة

قياسات الطاقة واتجاهات وصول الأشعة الكونية الأولية فائقة الطاقة بتقنيات أخذ عينات الكثافة و توقيت سريع من زخات الهواء المكثفة لأول مرة في عام 1954 من قبل أعضاء مجموعة روسي للأشعة الكونية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. [43] استخدمت التجربة أحد عشر كاشفًا وميضًا مرتبة ضمن دائرة قطرها 460 مترًا في أرض محطة أغاسيز التابعة لمرصد كلية هارفارد. من هذا العمل ، ومن العديد من التجارب الأخرى التي أجريت في جميع أنحاء العالم ، من المعروف الآن أن طيف الطاقة للأشعة الكونية الأولية يمتد إلى ما بعد 10 20 فولت. يتم حاليًا تشغيل تجربة دش هوائي ضخمة تسمى مشروع أوجيه في موقع في بامبا بالأرجنتين من قبل اتحاد دولي من الفيزيائيين. قاد المشروع لأول مرة جيمس كرونين ، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1980 من جامعة شيكاغو ، وآلان واتسون من جامعة ليدز ، ولاحقًا من قبل علماء آخرين من معهد بيير أوجيه التعاوني الدولي. هدفهم هو استكشاف خصائص واتجاهات وصول الأشعة الكونية الأولية عالية الطاقة. [44] من المتوقع أن يكون للنتائج تداعيات مهمة على فيزياء الجسيمات وعلم الكونيات ، نظرًا للحد النظري لغريزين-زاتسيبين-كوزمين لطاقات الأشعة الكونية من مسافات طويلة (حوالي 160 مليون سنة ضوئية) والتي تحدث فوق 10 20 فولتًا لأن من التفاعلات مع الفوتونات المتبقية من أصل الانفجار العظيم للكون. يخضع مرصد بيير أوجيه حاليًا لعملية ترقية لتحسين دقته والعثور على دليل على الأصل غير المؤكد حتى الآن للأشعة الكونية الأكثر نشاطًا.

تم اكتشاف أشعة جاما عالية الطاقة (وفوتونات gt50 MeV) أخيرًا في الإشعاع الكوني الأولي بواسطة تجربة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أجريت على القمر الصناعي OSO-3 في عام 1967. [45] تم تحديد مكونات كل من المجرات والأصول خارج المجرة بشكل منفصل عند شدة كبيرة أقل من 1٪ من الجسيمات المشحونة الأولية. منذ ذلك الحين ، قامت العديد من مراصد أشعة جاما الساتلية برسم خريطة لسماء أشعة جاما. الأحدث هو مرصد فيرمي ، الذي أنتج خريطة تظهر نطاقًا ضيقًا من شدة أشعة غاما المنتجة في مصادر منفصلة ومنتشرة في مجرتنا ، والعديد من المصادر خارج المجرة الشبيهة بالنقاط موزعة على الكرة السماوية.

تضمنت التكهنات المبكرة حول مصادر الأشعة الكونية اقتراحًا عام 1934 من قبل Baade و Zwicky يشير إلى أن الأشعة الكونية نشأت من المستعرات الأعظمية. [46] اقترح عام 1948 هوراس دبليو بابكوك أن النجوم المتغيرة المغناطيسية يمكن أن تكون مصدرًا للأشعة الكونية. [47] بعد ذلك ، Sekido وآخرون. (1951) حدد سديم السرطان كمصدر للأشعة الكونية. [48] ​​منذ ذلك الحين ، بدأت مجموعة متنوعة من المصادر المحتملة للأشعة الكونية في الظهور على السطح ، بما في ذلك المستعرات الأعظمية ونوى المجرة النشطة والكوازارات وانفجارات أشعة جاما. [49]

ساعدت التجارب اللاحقة على تحديد مصادر الأشعة الكونية بدرجة أكبر من اليقين. في عام 2009 ، أظهرت ورقة قدمها علماء في مرصد بيير أوجيه في الأرجنتين في المؤتمر الدولي للأشعة الكونية (اللجنة الدولية) أشعة كونية فائقة الطاقة (UHECRs) نشأت من موقع في السماء قريب جدًا من المجرة الراديوية Centaurus A ، على الرغم من أن المؤلفين ذكروا على وجه التحديد أن المزيد من التحقيق سيكون مطلوبًا لتأكيد Centaurus A كمصدر للأشعة الكونية. [50] ومع ذلك ، لم يتم العثور على أي ارتباط بين حدوث انفجارات أشعة غاما والأشعة الكونية ، مما تسبب في قيام المؤلفين بوضع حدود قصوى تصل إلى 3.4 × 10 6 × erg · cm −2 عند تدفق 1 GeV - 1 الأشعة الكونية TeV من انفجارات أشعة جاما. [51]

في عام 2009 ، قيل إن المستعرات الأعظمية قد "حُددت" كمصدر للأشعة الكونية ، وهو اكتشاف قامت به مجموعة باستخدام بيانات من التلسكوب الكبير جدًا. [52] هذا التحليل ، مع ذلك ، تم التنازع عليه في عام 2011 ببيانات من PAMELA ، والتي كشفت أن "الأشكال الطيفية لـ [نوى الهيدروجين والهيليوم] مختلفة ولا يمكن وصفها جيدًا بواسطة قانون قوة واحد" ، مما يشير إلى عملية أكثر تعقيدًا من تشكيل الأشعة الكونية. [53] في فبراير 2013 ، على الرغم من ذلك ، تم إجراء بحث لتحليل البيانات من فيرمي كشفت من خلال ملاحظة اضمحلال البيون المحايد أن المستعرات الأعظمية كانت بالفعل مصدرًا للأشعة الكونية ، حيث ينتج كل انفجار ما يقرب من 3 × 10 42 - 3 × 10 43 J من الأشعة الكونية. [4] [5]

لا تنتج المستعرات الأعظمية جميع الأشعة الكونية ، ومع ذلك ، فإن نسبة الأشعة الكونية التي تنتجها هي سؤال لا يمكن الإجابة عليه دون تحقيق أعمق. [54] لتفسير العملية الفعلية في المستعرات الأعظمية ونوى المجرة النشطة التي تسرع الذرات المنزوعة ، يستخدم الفيزيائيون تسارع الصدمة الأمامي كحجة معقولة (انظر الصورة على اليمين).

في عام 2017 ، نشرت مجموعة Pierre Auger Collaboration ملاحظة لتباين ضعيف في اتجاهات وصول الأشعة الكونية ذات الطاقة الأعلى. [55] نظرًا لأن مركز المجرة يقع في منطقة العجز ، يمكن تفسير هذا التباين كدليل على الأصل خارج المجرة للأشعة الكونية بأعلى طاقاتها. هذا يعني أنه يجب أن يكون هناك طاقة انتقالية من مصادر مجرية إلى مصادر خارج المجرة ، وقد تكون هناك أنواع مختلفة من مصادر الأشعة الكونية التي تساهم في نطاقات طاقة مختلفة.

يمكن تقسيم الأشعة الكونية إلى نوعين:

  • الأشعة الكونية المجرية (GCR) و الأشعة الكونية خارج المجرة، أي الجسيمات عالية الطاقة الناشئة خارج النظام الشمسي ، و
  • جزيئات الطاقة الشمسية، الجسيمات عالية الطاقة (في الغالب البروتونات) المنبعثة من الشمس ، في المقام الأول في الانفجارات الشمسية.

ومع ذلك ، فإن مصطلح "الأشعة الكونية" غالبًا ما يستخدم للإشارة إلى التدفق خارج المجموعة الشمسية فقط.

تنشأ الأشعة الكونية كأشعة كونية أولية ، وهي تلك التي تنتج في الأصل في العديد من العمليات الفيزيائية الفلكية. تتكون الأشعة الكونية الأولية بشكل أساسي من البروتونات وجزيئات ألفا (99٪) ، مع كمية صغيرة من النوى الثقيلة (≈1٪) ونسبة دقيقة للغاية من البوزيترونات والبروتونات المضادة. [9] تشمل الأشعة الكونية الثانوية ، الناتجة عن تحلل الأشعة الكونية الأولية لأنها تؤثر على الغلاف الجوي ، الفوتونات واللبتونات والهادرونات ، مثل الإلكترونات والبوزيترونات والميونات والبيونات. تم اكتشاف الثلاثة الأخيرة من هؤلاء لأول مرة في الأشعة الكونية.

تحرير الأشعة الكونية الأولية

تنشأ الأشعة الكونية الأولية في الغالب من خارج النظام الشمسي وأحيانًا من مجرة ​​درب التبانة. عندما تتفاعل مع الغلاف الجوي للأرض ، يتم تحويلها إلى جزيئات ثانوية. نسبة كتلة الهيليوم إلى نوى الهيدروجين ، 28٪ ، تشبه نسبة الوفرة الأولية الأولية لهذه العناصر ، 24٪. [56] يتكون الجزء المتبقي من النوى الأثقل الأخرى التي تعتبر منتجات نهائية نموذجية للتخليق النووي ، وهي الليثيوم والبريليوم والبورون بشكل أساسي. تظهر هذه النوى في الأشعة الكونية بوفرة أكبر بكثير (1٪) منها في الغلاف الجوي للشمس ، حيث تبلغ وفرتها حوالي 10-11 فقط مثل الهيليوم. الأشعة الكونية المكونة من نوى مشحونة أثقل من الهيليوم تسمى أيونات HZE. نظرًا لارتفاع شحنة أيونات HZE وطبيعتها الثقيلة ، فإن مساهمتها في جرعة إشعاع رائد الفضاء في الفضاء كبيرة على الرغم من ندرة هذه الأيونات نسبيًا.

هذا الاختلاف في الوفرة ناتج عن الطريقة التي تتشكل بها الأشعة الكونية الثانوية. تتصادم نوى الكربون والأكسجين مع المادة بين النجوم لتكوين الليثيوم والبريليوم والبورون في عملية تسمى تشظي الأشعة الكونية. يعتبر التشظي أيضًا مسؤولًا عن وفرة أيونات سكانديوم والتيتانيوم والفاناديوم والمنغنيز في الأشعة الكونية الناتجة عن اصطدام نوى الحديد والنيكل بالمادة بين النجوم. [57]

في الطاقات العالية يتغير التكوين وتكون النوى الأثقل وفرة أكبر في بعض نطاقات الطاقة. تهدف التجارب الحالية إلى قياسات أكثر دقة للتكوين عند طاقات عالية.

تحرير المادة المضادة للأشعة الكونية الأولية

لقد وجدت تجارب الأقمار الصناعية دليلاً على وجود بوزيترونات وعدد قليل من البروتونات المضادة في الأشعة الكونية الأولية ، والتي تصل إلى أقل من 1٪ من الجسيمات في الأشعة الكونية الأولية. لا يبدو أن هذه هي نتاج كميات كبيرة من المادة المضادة من الانفجار العظيم ، أو في الواقع مادة مضادة معقدة في الكون. بدلاً من ذلك ، يبدو أنها تتكون من هذين الجسيمين الأوليين فقط ، اللذين تم صنعهما حديثًا في عمليات نشطة.

النتائج الأولية من مطياف ألفا المغناطيسي العامل حاليًا (AMS-02) على متن محطة الفضاء الدولية تظهر أن البوزيترونات في الأشعة الكونية تصل بدون اتجاه. في سبتمبر 2014 ، تم تقديم نتائج جديدة مع ما يقرب من ضعف البيانات في حديث في CERN ونشرت في Physical Review Letters. [58] [59] تم الإبلاغ عن قياس جديد لكسر البوزيترون حتى 500 جيجا إلكترون فولت ، يوضح أن جزء البوزيترون يبلغ ذروته بحد أقصى حوالي 16٪ من إجمالي أحداث الإلكترون + البوزيترون ، حول طاقة تبلغ 275 ± 32 جيجا إلكترون فولت. في الطاقات الأعلى ، حتى 500 جيجا إلكترون فولت ، تبدأ نسبة البوزيترونات إلى الإلكترونات في الانخفاض مرة أخرى. يبدأ التدفق المطلق للبوزيترونات أيضًا في الانخفاض قبل 500 جيجا إلكترون فولت ، ولكنه يصل إلى ذروته عند طاقات أعلى بكثير من طاقات الإلكترون ، والتي تبلغ ذروتها حوالي 10 جيجا إلكترون فولت. [60] تم اقتراح هذه النتائج على التفسير على أنها ناتجة عن إنتاج البوزيترون في أحداث إبادة جسيمات المادة المظلمة الضخمة. [61]

تمتلك البروتونات المضادة للأشعة الكونية أيضًا متوسط ​​طاقة أعلى بكثير من نظيراتها في المادة العادية (البروتونات). يصلون إلى الأرض بطاقة مميزة بحد أقصى 2 جيجا إلكترون فولت ، مما يشير إلى إنتاجهم في عملية مختلفة جوهريًا عن بروتونات الأشعة الكونية ، التي تمتلك في المتوسط ​​سدس الطاقة فقط. [62]


اعتبارات عامة

يحدث ما يقرب من 0.01 في المائة من كتلة / طاقة الكون بأكمله في شكل إشعاع كهرومغناطيسي. تنغمس فيه الحياة البشرية كلها ، وتعتمد تكنولوجيا الاتصالات والخدمات الطبية الحديثة بشكل خاص على شكل أو آخر من أشكالها. في الواقع ، تعتمد جميع الكائنات الحية على الأرض على الإشعاع الكهرومغناطيسي المتلقاة من الشمس وعلى تحويل الطاقة الشمسية عن طريق التمثيل الضوئي إلى حياة نباتية أو عن طريق التخليق الحيوي إلى عوالق حيوانية ، وهي الخطوة الأساسية في السلسلة الغذائية في المحيطات. تم تكييف عيون العديد من الحيوانات ، بما في ذلك عيون البشر ، لتكون حساسة وبالتالي لرؤية الجزء الأكثر وفرة من الإشعاع الكهرومغناطيسي للشمس - أي الضوء ، الذي يشتمل على الجزء المرئي من نطاق تردداته الواسع. تتمتع النباتات الخضراء أيضًا بحساسية عالية للشدة القصوى للإشعاع الكهرومغناطيسي الشمسي ، والذي تمتصه مادة تسمى الكلوروفيل الضرورية لنمو النبات من خلال عملية التمثيل الضوئي.

عمليا كل أنواع الوقود التي يستخدمها المجتمع الحديث - الغاز والنفط والفحم - هي أشكال مخزنة من الطاقة المتلقاة من الشمس كإشعاع كهرومغناطيسي منذ ملايين السنين. فقط الطاقة من المفاعلات النووية لا تأتي من الشمس.

تتخلل الحياة اليومية إشعاع كهرومغناطيسي مصنوع صناعياً: يتم تسخين الطعام في أفران الميكروويف ، ويتم توجيه الطائرات بواسطة موجات الرادار ، وتتلقى أجهزة التلفزيون الموجات الكهرومغناطيسية التي تنقلها محطات البث ، وتوفر موجات الأشعة تحت الحمراء من السخانات الدفء. يتم أيضًا إطلاق واستقبال موجات الأشعة تحت الحمراء بواسطة الكاميرات التلقائية ذاتية التركيز التي تقيس إلكترونيًا وتضبط المسافة الصحيحة للكائن المراد تصويره. بمجرد غروب الشمس ، يتم تشغيل المصابيح المتوهجة أو الفلورية لتوفير الإضاءة الاصطناعية ، وتتوهج المدن بشكل مشرق مع مصابيح الفلورسنت الملونة ومصابيح النيون للافتات الإعلانية. من المألوف أيضًا الأشعة فوق البنفسجية ، التي لا تستطيع العين رؤيتها ولكن تأثيرها يكون بمثابة ألم من حروق الشمس. تمثل الأشعة فوق البنفسجية نوعًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يمكن أن يكون ضارًا بالحياة. وينطبق هذا أيضًا على الأشعة السينية ، والتي تعتبر مهمة في الطب لأنها تسمح للأطباء بمراقبة الأجزاء الداخلية من الجسم ولكن يجب تقليل التعرض لها إلى الحد الأدنى. أقل شيوعًا هي أشعة جاما ، التي تأتي من التفاعلات النووية والانحلال الإشعاعي وهي جزء من الإشعاع الضار عالي الطاقة للمواد المشعة والأسلحة النووية.


الإشعاع غير المؤين

في حين أن الإشعاع المؤين (أعلاه) يضغط على كل شيء حول كونه ضارًا بالبشر ، يمكن أن يكون للإشعاع غير المؤين أيضًا تأثيرات بيولوجية كبيرة. على سبيل المثال ، يمكن للإشعاع غير المؤين أن يسبب أشياء مثل حروق الشمس. ومع ذلك ، فهو ما نستخدمه لطهي الطعام في أفران الميكروويف. يمكن أن يأتي الإشعاع غير المؤين أيضًا في شكل إشعاع حراري ، والذي يمكنه تسخين المواد (ومن ثم الذرات) إلى درجات حرارة عالية بما يكفي لإحداث التأين. ومع ذلك ، تعتبر هذه العملية مختلفة عن عمليات التأين الحركية أو الفوتونية.

    : موجات الراديو هي أطول شكل موجي للإشعاع الكهرومغناطيسي (الضوء). وهي تمتد من 1 ملم إلى 100 كيلومتر. ومع ذلك ، يتداخل هذا النطاق مع نطاق الموجات الدقيقة (انظر أدناه). يتم إنتاج موجات الراديو بشكل طبيعي عن طريق المجرات النشطة (تحديدًا من المنطقة المحيطة بثقوبها السوداء فائقة الكتلة) والنجوم النابضة وبقايا المستعر الأعظم. ولكن يتم إنشاؤها أيضًا بشكل مصطنع لأغراض البث الإذاعي والتلفزيوني. تُعرّف الموجات الدقيقة على أنها أطوال موجية للضوء تتراوح بين 1 ملم و 1 متر (1000 ملم) ، وتعتبر أحيانًا مجموعة فرعية من موجات الراديو. في الواقع ، علم الفلك الراديوي هو عمومًا دراسة نطاق الموجات الصغرية ، حيث يصعب جدًا اكتشاف الإشعاع ذي الطول الموجي الأطول لأنه سيتطلب كاشفات ذات حجم هائل ، وبالتالي لا يوجد سوى عدد قليل من الأقران يتجاوز طول الموجة مترًا واحدًا. في حين أن الموجات الدقيقة غير مؤينة ، إلا أنها لا تزال تشكل خطراً على البشر لأنها يمكن أن تنقل كمية كبيرة من الطاقة الحرارية إلى عنصر بسبب تفاعله مع الماء وبخار الماء. (وهذا هو السبب أيضًا في وضع مراصد الميكروويف عادةً في أماكن مرتفعة وجافة على الأرض ، لتقليل مقدار التداخل الذي يمكن أن يسببه بخار الماء في الغلاف الجوي للتجربة.: الأشعة تحت الحمراء هي نطاق الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يشغل أطوال موجية بين 0.74 ميكرومتر حتى 300 ميكرومتر. (هناك مليون ميكرومتر في المتر الواحد.) الأشعة تحت الحمراء قريبة جدًا من الضوء البصري ، وبالتالي تستخدم تقنيات متشابهة جدًا لدراستها. ومع ذلك ، هناك بعض الصعوبات التي يجب التغلب عليها وهي أن الأشعة تحت الحمراء هي الأشعة تحت الحمراء. التي تنتجها كائنات مماثلة لـ "درجة حرارة الغرفة". نظرًا لأن الإلكترونيات المستخدمة لتشغيل تلسكوبات الأشعة تحت الحمراء والتحكم فيها ستعمل في درجات الحرارة هذه ، فإن الأجهزة نفسها ستصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء ، مما يتداخل مع الحصول على البيانات. لذلك يتم تبريد الأدوات باستخدام الهيليوم السائل ، وذلك لتقليل فوتونات الأشعة تحت الحمراء الدخيلة من دخول الكاشف. معظم ما تبعثه الشمس ويصل إلى سطح الأرض هو فعل ضوء الأشعة تحت الحمراء ، مع الإشعاع المرئي ليس بعيدًا (والأشعة فوق البنفسجية ثلث بعيد).

    : مدى الأطوال الموجية للضوء المرئي هو 380 نانومتر (نانومتر) و 740 نانومتر. هذا هو الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يمكننا اكتشافه بأعيننا ، وجميع الأشكال الأخرى غير مرئية لنا بدون مساعدات إلكترونية. الضوء المرئي هو في الواقع جزء صغير جدًا من الطيف الكهرومغناطيسي ، ولهذا من المهم دراسة جميع الأطوال الموجية الأخرى في علم الفلك للحصول على صورة كاملة للكون وفهم الآليات الفيزيائية التي تحكم الأجرام السماوية. : الجسم الأسود هو جسم يصدر إشعاعًا كهرومغناطيسيًا عند تسخينه ، وسيكون الطول الموجي الذروة للضوء الناتج متناسبًا مع درجة الحرارة (يُعرف هذا بقانون فيينا). لا يوجد شيء مثل جسم أسود مثالي ، لكن العديد من الأشياء مثل الشمس والأرض والملفات الموجودة على موقدك الكهربائي هي تقديرات تقريبية جيدة جدًا. : عندما تتحرك الجسيمات داخل مادة ما بسبب درجة حرارتها ، يمكن وصف الطاقة الحركية الناتجة بأنها الطاقة الحرارية الكلية للنظام. في حالة الجسم الأسود (انظر أعلاه) يمكن إطلاق الطاقة الحرارية من النظام في شكل إشعاع كهرومغناطيسي.

الإشعاع ، كما نرى ، هو أحد الجوانب الأساسية للكون. بدونها ، لن يكون لدينا ضوء أو حرارة أو طاقة أو حياة.


الهيئات الصغيرة

الكويكبات

الكويكبات ، التي تسمى أحيانًا الكواكب الصغيرة ، هي بقايا من تكوين النظام الشمسي. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الكويكبات ، وهي أنواع C و S و M. النوع C هو الأكثر شيوعًا ، ويتكون من صخور الطين والسيليكات ، وعادة ما يكون داكن المظهر. الكويكبات من النوع S مصنوعة من السيليكات وحديد النيكل. أخيرًا ، الكويكبات من النوع M معدنية وتحتوي على أكبر كمية من حديد النيكل.

تم العثور على معظم الكويكبات في حزام الكويكبات، وهي منطقة على شكل دونات بين المريخ والمشتري. الكويكبات لديها مجموعة متنوعة من الأحجام ، من أكبرها ، سيريس ، التي يبلغ قطرها حوالي 946 كيلومترًا إلى أجسام صغيرة أصغر من المنزل. فقط أكبر الكويكبات لا تتشكل بشكل غير منتظم. أيضًا ، يمكن أن يكون للكويكبات مدارات إهليلجية عالية ، وبعضها يحتوي على أقمار مصاحبة. يمكن للجاذبية العالية لكوكب المشتري في كثير من الأحيان تغيير مدارات الكويكبات وإخراجها من حزام الكويكبات الرئيسي.

فئة مهمة بشكل خاص من الكويكبات هي الكويكبات القريبة من الأرض ، أو الكويكبات التي تقترب من المسافة المدارية للأرض ، وتشكل تهديدًا.

النيازك

قطعة من الحطام الفضائي "بحجم الرمال إلى الصخرة". التعريف الرسمي من IAU هو "جسم صلب يتحرك في الفضاء بين الكواكب ، بحجم أصغر بكثير من الكويكب وأكبر بكثير من الذرة". تقليديا ، أي شيء أصغر من 10 أمتار يعتبر نيزكًا ، في حين أن أي شيء أكبر من 10 أمتار هو كويكب. بمجرد دخول النيزك إلى الغلاف الجوي للأرض أو كوكب آخر ، فإنه يعتبر نيزكًا. إذا وصل إلى الأرض وظل (إلى حد ما) سليمًا ، يطلق عليه نيزك. طريقة لتذكر هذا هو النيزكأويد في الفراغ من الفضاء ونيزكاي تي هنا.

المذنبات

جسم صغير من النظام الشمسي به غيبوبة (تتجمع جزيئات الغبار حول نواة المذنب مما يمنحه "جوًا") و / أو ذيلًا. تتكون النواة نفسها من جليد الماء والغبار والغازات المجمدة والجزيئات الصخرية الصغيرة. تتراوح النوى من 100 متر إلى أكثر من 40 كيلومترًا. مع اقتراب المذنب من الشمس ، يتسبب الإشعاع الشمسي في تبخر الغازات الموجودة بالداخل وحمل الغبار معها. تتأثر الغازات أيضًا بضوء الشمس وتنبعث منها إشعاع كهرومغناطيسي. تترك المذنبات وراءها أثرًا من الجسيمات الصلبة ، وإذا عبر مذنب مسار الأرض ، فمن المرجح أن يكون هناك زخات نيزكية عندما تمر الأرض عبر حقل الحطام. على سبيل المثال ، يتسبب مذنب هالي في حدوث زخات Orionid ويتسبب المذنب Swift-Tuttle في زخات Perseid.

المذنبات قصيرة المدى- المذنبات التي تقل مدتها المدارية عن 200 عام. تقع مداراتها في نفس اتجاه الكواكب ، بالقرب من مسير الشمس ، ويكون الأوج بشكل عام في منطقة الكواكب الخارجية. وهي مقسمة إلى عائلة المشتري (الفترة المدارية أقل من 20 عامًا) وعائلة هالي (الفترات المدارية بين 20 و 200 عام).

المذنبات طويلة المدى- مذنبات ذات فترات مدارية تزيد عن 200 سنة ، وأحيانًا لآلاف أو ملايين السنين. مداراتها شاذة للغاية ، وغالبًا لا تقع بالقرب من مسير الشمس ، وأوجها أبعد بكثير من الكواكب الخارجية. ومع ذلك ، لا تزال جميع المذنبات طويلة الأمد مرتبطة جاذبيًا بالمذنبات الشمسية التي تم إخراجها من النظام الشمسي بفعل جاذبية الكواكب الخارجية ، ولم يعد يُنظر إليها على أنها فترة مدارية.

مذنبات سنجراينج- المذنبات التي لها مسار قطع مكافئ أو قطعي ، أي أن مساراتها تسمح لها بالدخول إلى النظام الشمسي مرة واحدة فقط (ومن هنا جاءت تسميتها). بخلاف ذلك ، فهي تشبه المذنبات طويلة المدى. غالبًا ما تنقسم آلات التصوير الكبيرة إلى قطع صغيرة بينما يمكن أن تتفكك الأصغر حجمًا (مثل المذنب ISON)

القنطور

القنطور هي أجسام صغيرة تتقاسم سمات الكواكب والمذنبات والكويكبات. They are close in size to asteroids, with the largest being around 250 km in diameter. The first centaur was discovered in 1920, but the group wasn't named until 1970 with the observation of 2060 Chiron (not to be confused with Charon). Many centaurs are too small to be observed, though centaurs are designated as both minor planets and asteroids. They are found between Jupiter and Neptune, and it is estimated that there are around 44,000 centaurs in the solar system with a diameter greater than 1 km.

Their orbits are typically unstable, due to the fact that they often intersect with the orbits of giant planets. Three centaurs have also been discovered that feature comas similar to comets - 2060 Chiron, 60558 Echeclus, and 166P/NEAT. Chiron and Echeclus are classified as both asteroids and comets.

Trojans

Trojans are asteroids that share orbits with planets at Lagrange points, which are stable points in a planet's orbit. The planet its trojans don't collide because the Sun's and the planet's gravities balance out. Jupiter has trojans at its L4 and L5 Trojan points. The L4 group is leading and has more, while the L5 is trailing Jupiter and has fewer.

Trans-Neptunian Objects

Gonggong

Gonggong (provisional designation 2007 OR10) is a Trans-Neptunian Object located in the Scattered Disk, and is almost certainly a dwarf planet, but has not yet been recognized as such by the IAU. It was discovered in 2007 by Megan Schwamb, Michael Brown, and David Rabinowitz at the Palomar Observatory. It was the largest unnamed object in the solar system until its official naming in 2020.

One year on Gonggong is 550 Earth years, and one day is 45 hours. It also has a satellite (Xiangliu) that was discovered in 2010. It is made of ice and rock and has water ice, suggesting cryovolcanism in the past. It has a red color from tholins from when methane frost is irradiated by UV radiation. Gonggong has a 3:10 resonance with Neptune.


Space Radiation Threat to Astronauts Explained (Infographic)

Radiation in space takes the form of subatomic particles from the sun as well as from sources in the Milky Way galaxy and beyond. These high-speed particles tear through DNA molecules, splitting them or damaging the instructions they have encoded for cell reproduction. The damaged DNA can lead to cancers or other diseases.

Radiation exposure can be acute (a high dose in a short period of time) or chronic (low levels of radiation over a long time).

The magnetic field generated by electric currents in the Earth&rsquos liquid iron core extends far into space, shielding the planet from 99.9 percent of harmful radiation. The Earth&rsquos atmosphere provides additional protection, equal to a slab of metal about 3 feet (1 meter) thick.

For people outside the protection of Earth's magnetic field, space radiation becomes a serious hazard.

An instrument aboard the Curiosity Mars rover during its 253-day deep-space cruise revealed that the radiation dose received by an astronaut on even the shortest Earth-Mars round trip would be about 0.66 sievert. This amount is like receiving a whole-body CT scan every five or six days.

A dose of 1 sievert is associated with a 5.5 percent increase in the risk of fatal cancers. The normal daily radiation dose received by the average person living on Earth is 10 microsieverts (0.00001 sievert).

The moon has no atmosphere and a very weak magnetic field. Astronauts living there would have to provide their own protection, for example by burying their habitat underground.

The planet Mars has no global magnetic field. Particles from the sun have stripped away most of Mars&rsquo atmosphere, resulting in very poor protection against radiation at the surface. The highest air pressure on Mars is equal to that at an altitude of 22 miles (35 kilometers) above the Earth&rsquos surface. At low altitudes, Mars&rsquo atmosphere provides slightly better protection from space radiation.


Historical Astronomers in Context – Johannes Kepler

He was important to astronomy for his revolutionary discovery of laws of planetary motion, and his books Astronomia nova, Harmonices Mundi، و Epitome Astronomiae Copernicanae. His laws of planetary motion describe how planets orbit around the Sun and the relationship between their period and their orbit length. His works contribute to Newton’s theory of gravity too.

Contemporary events:

In 1614, John Napier discovers logarithms. Logarithms is a new function which extended the world of math and analysis beyond the scope of algebraic methods. The method of logarithms was discovered and published first by John Napier in 1614 in his book called Mirifici Logarithmorum Canonis Descriptio(Description of the Wonderful Rule of Logarithms).

In 1610, Galileo sees the moons of Jupiter (Galilean moons) through his telescope. Galileo’s discovery marked the importance of telescope as a tool for astronomers as telescope allowed him to find objects in the sky that could not be detected by naked eye. More importantly, the discovery of moons of Jupiter disproves the Ptolemaic world system, which held that everything has to orbit around the Earth.

Contemporary person:

Portrait of J.B van Helmont. Picture from Wikipedia.

He was a Flemish chemist, physiologist, and physician. He is sometimes considered to be “the founder of pneumatic chemistry”. Van Helmont is important to science development and chemistry for his discovery of CO2 and ideas on spontaneous generation. He was one of the first people realizing there are gases different from normal air in our atmosphere and furthermore he introduced the word “gas” (from the Greek word chaos) into the vocabulary of science.

It’s very interesting to see that Galileo Galilei has lived entire life of Kepler and they are both huge astronomical figures to today’s science and astronomy. Also 16 th century and 17 th century was a huge revolutionary period in science in which a lot of great scientists are born and discoveries are made, just like Kepler’s laws of planetary motion, Newton’s law of gravity and discovery of CO2 and the word “gas”. All of these histories make me feel that the history of science is step-by-step with discoveries made based on achievements of our predecessors. And our scientific discoveries today will become the bricks for our future science development.


9 Answers 9

Let's try Ringworld type solutions. Should be mandatory reading for Worldbuilders. :-)

Better than me has "designed" Ringworlds so think of what follows as a rough outline.

You have edited your question to ask for a planet that is Sun sized. I am, for these purposes, going to assume that's an equivalent surface area to the Sun. That's a lot of area and you are free to have it shaped and molded any way you want. We're going to gloss over trivial details like where you get all the material (theoretically but out of scope here) and how you keep it's orbit stable (which is the tricky one) and work on what kind of ring you need and what you do about day-night cycles and climate.

Area and dimensions.

The Sun has an area of about $6 imes 10^<12>km^2$ which is apparently about $12,000$ Earth surface areas.

To get this area we need an orbit so we're going to rather arbitrarily choose one at exactly $1,AU$ (Earth's orbital distance) and that also means that's the radius of our ring. At this distance about a star conveniently the same as our Sun we magically get the right range of temperatures on our surface with no messing. That is $1.5 imes 10^8,km$ and doing the math that makes the perimeter of our ring about $9.4 imes 10^8,km$ . Dividing that into the area that gives us our ring's width : about $6360,km$ .

Will anyone on it notice it's a ring ?

Yes, if they travel to the edges of the ring, but can make that extremely hard by having insanely tall "mountains" and the edge would, and it's probably no issue to make cloud cover and weather at altitude near the edges extremely nasty - extreme winds, no visibility, low oxygen level at altitude and extremely cold. This won't fool any advanced technological society, of course, but if you want to populate with less advanced cultures - no real issue.

Visibility is such that no one is going to be able to see the curvature. Although $6300,km$ sounds a lot, by the time the ring curvature lifts up "into the sky" (as viewed from the surface), you're not going to notice something obscured by atmospheric haze anyway (and maybe cloud) that is basically hundreds of thousands of km away. At best on Earth you can see about $300,km$ away (when flying in exceptionally clear conditions). So the ring nature is not really an issue in practical terms. They'll notice the curvature of their world less than we notice ours.

They might notice the distant bright areas of other parts of the ring during the "night", but will be harder than it sounds. They would be distant lines of light, about as bright as a moon (when visible clearly). With careful arrangement of more rings I think you might be able to hide these, but it's possible not an issue anyway.

You can make this whatever you want by varying the rotational velocity of the ring. So a standard Earth surface gravity is no problem.

Day and Night

Various proposals have been made for this, including an independent ring inside the main ring that rotates at a different speed. The inner ring has partial gaps that allow it to alternatively block the Sun and let it pass to the outer ring. Again it's entirely up to the maker of this ring as to how long they want to make this.

Like Earth the surface will get warm during the "day" and cool over the course of the night as it radiates heat away.

More inner rings can control "seasonal" variation of climate (by rotating a varying light filter) and so on.

Smarter people than me have worked out how to make an atmosphere that stays there exist. It's possible and you basically get an atmosphere not unlike Earth's if you want it. Maintaining this would require some advanced biochemistry and automated controls by vast machinery, but it's at least theoretically possible as you have vast amounts of solar power to play wit - nothing prevents you building solar power arrays (or something better) extending way wider than the habitable part of the rings.

Essentially you control this by designing mountains, seas, rivers, plateaus, etc. These "shape" the winds and the winds carry moisture and deposit it as they do on Earth. You lack the circulating currents we do on Earth, although you can tweak something like them by subtle control of lighting - e.g. your atmosphere "lid" can have different levels of subtle filtering to force different areas to have different solar heating levels. Seas are very important.

Ice and snow is just a matter of altitude and you should be able to arrange a similar atmosphere to Earth's with minimal control. Any technological culture capable of building the ring in the first place is not going to find this anything but a minor problem.

Climate here generally runs from side to side - along the width of the rings. The "north and south poles" would be the edges of the ring, probably capped by incredibly steep slope - vertical in places - that supports the atmosphere lid. These might be artic regions of fierce cold and wind and storm. When visible at all, they would be permanently ice capped sloped barely visible in mist and haze.

Your giant planet is the center of its universe. Its sun rotates around it. A system like this bears more than just passing scrutiny. The Ptolemaic model could explain just about every observation people made from the surface.

This sidesteps a lot of issues. Your planet does not need to move thru space or rotate and its interaction with its light source can be what you need it to be. If you want to lean into "otherness" you could have more than one sunlike light source orbit the planet which would let you smooth out heating and cooling effects that arise as a consequence of just one sun. Nights and days could be different lengths according to which sun was coming, and the light might have a different character according to which sun was in the sky. If the suns did not move at the same speed there could be days with 2 (or more!) suns and days with 1. Stuff like this is good grist for the prose mill and lets you talk about something to set the tone for your big world.

Break up the continents.

Poles aside, midcontinental weather is the most extreme weather, examples being the American midwest or west and central Asia. You can ameliorate this effect by having large water bodies break up your continents and moderate the weather.

I'm assuming a lot, like a gravity similar to Earth, windspeeds don't change and the like. Still there are some problems. First what's ok.

Imagine a solar system with a star like our sun and the planet fixed in location with the closest part of the planet to the star as close as the Earth is. Let's put that in perspective.

The sun's diameter is about 1.4 million kilometers in diameter. The Earth is about 152 million km away from the sun. The Goldilocks zone is between 130 to 180 million km. That means your planet is fully inside the goldilocks zone with room to spare, as it is between 152 million to 154 million km away from the star. رائعة!

Now the problems. If your planet rotates as fast as the Earth, the crust will move at blistering speeds compared to Earth. I can't be bothered with the results in wind speeds, oceans moving, general cohesiveness of the planet and the like, but it's not looking good. So you wouldn't have normal days and nights, letting the days heat up extraordinary and the nights cool down to extremes.

Ignoring that, the whole ecosystem will be difficult. Normally the energy of the sun is hitting the Earth straight on, meaning the further you go towards the poles you'll get the light more crooked, thus the energy is more dispersed. Thus the poles are cold and the equator warm, as they each get different energy per m². Just imagine a hot directional lamp on a piece of paper held straight under, or in a crooked position. The crooked has the energy spread out over a larger area, this won't be as hot where the light hits.

Your planet will have the same, but the bands this happens are much larger. That means the transport of these energies gets bigger. You have a lot more hot air at the equator wanting to go to the cold, making hurricane winds what would be a normal tiny wind on Earth. If not, you'll have the cold and hot areas become much more hot or cold, as the heat doesn't soread easily.

Other problems include the magnetosphere. Even if it gets proportionately stronger, the amount of solar radiation on all bands does so as well. The poles likely experience near constant Northern lights, but with the amount of EM radiation they fear will kill all electronics on Earth. On that scale it'll do strange things with ozone and other particles in the atmosphere, making living on the planet potentially hazardous as even more harmful radiation will reach the ground.

We haven't spoken about the tectonic movements and many other energies, but suffice to say you'll not get what you want by following much scientific rules. Your planet must have the same reason for weather as for just having the planet exist. Because you say so, and it is important for the story.

Eastern high fantasy (xianxia) features worlds that span millions of kilometres. For example, descriptions of distances may state that it will take 200-300 years to go from place A to place B at the speed of 5000 km per day (*)

The world in the example, where it takes 200-30 years to go from place A to place B at the speed of 5,000 kilometers per day, would have place A and place B separated by about 73,050 to 109,575 day's travel, at a speed of 5,000 kilometers per day. Thus the shortest route from place A to place B would be 365,250,000 to 547,875,000 kilometers long, and going all the way around the planet or other world would probably take a journey of at least 730,500,000 to 1095,750,000 kilometers.

So if such a place was spherical or cylindrical, it would have a radius of at least about 116,262,784.1 to 173,951,212.7 .kilometers, and a diameter of at least about 232,525,568.3 to 347,902,425.4 kilometers.

One Astronomical Unit or AU, the distance between Earth and the Sun, is 149,597,870.7 kilometers. So if a planet like the one in the example was spherical, it would occupy at least about 0.777168 to 1.162792 of the radius and diameter of the earth's orbit around the Sun.

So if the figures used in the question are actually taken from a specific story, the planet in the story would be almost a billion (1,000,000,000) kilometers in circumference.

It is impossible for a planet to have a solid surface such as humans need to live on and have a surface area as large as the surface area of the planet Jupiter. The apparent surface of the planet Jupiter is actually the opaque top of cloud layers in the extensive Jovian atmosphere.

It is even impossible for a planet to have a much greater diameter to the top of its atmosphere than Jupiter. With greater mass than Jupiter, planets will increase in diameter and surface area, until they reach a point where adding mass stops increasing the size of the planet, which instead will become denser and more compact. Thus no planet can be much larger than Jupiter.

There are two hypothetical exceptions:

if a gas giant planet orbits very close to its star and is very hot, its atmosphere will swell and the planet's diameter will increase greatly. But of course the surface of the atmosphere will not be a solid surface for humans to stand on, and the planet will have many times the temperature which humans could survive.

Physicists have imagined several exotic types of matter which could hypothetically exist. And it might be possible for some types of exotic matter to form planets much larger than any known planet.

But I am not an expert on such hypothetical forms of exotic matter. And of course even if such a giant planet could form out of exotic matter, it is possible that Earthly life forms like humans would find it impossible to survive on planets made of such exotic forms of matter.

So it is basically impossible for any planets or other celestial objects to naturally form with solid surfaces and having solid surface areas as large as or greater than the surface areas of the top cloud layers of giant planets.

So does this mean that it is scientifically totally impossible for there to be places suitable for humans to live which have large enough surface areas to satisfy the requirements of the question?

Larry Niven discussed the possibilities of building gigantic artificial places for humans to live in or on, in an article titled "Bigger than Worlds", Analog Science Fiction/Science fact, March 1974, about 47 years ago.

It is briefly summarized at:

And there have probably been other discussion on that topic in the last 47 years,

So science fiction writers can imagine that highly advanced civilizations could build structures for people to live in or on that are as large as or larger than any fictional planet.

Of course there is the problem that available structural materials would be unable to handle the stresses of structures that large.

But if such technological problems could the solved, super-advanced civilizations might build super gigantic structures which might later be inhabited by people who for some reasons in the plot of a story think that their structure is a natural world.

A type of gigantic artificial world designed by me on May 29 and 30, 2021.

One possible design for such a giant artificial planet would be a giant framework constructed around a star. The mass of the star will determine at which distance the framework will have a surface gravity about equal to Earth.

The Earth has an average radius of about 6,371.0 kilometers. The average distance of Earth from the Sun, one AU, is 149,597,870.7 kilometers. So the if the radius of the framework is one AU, that will be about 23,481 times the radius of Earth. Since the force of gravity falls off with the square of the distance, if the star at the center had the mass of the Earth, the surface gravity at the distance of the framework would be 1 Earth gravity or ز divided by the square of 23,481. Since the square of 23,481 is 551,357,361, one divided by 551,357,361 is 0.000000001, the surface gravity at a framework with a radius of one AU around an object with a mas of one Earth mass would be only 0.000000001 ز.

So the object at the center of the framework would have to have a mass about 551,357,361 times that of the Earth in order for the framework at a distance of 1 AU to have a surface gravity of 1 ز.

The mass of the Sun is listed as about 333,000 times the mass of Earth. So the object at the centre of the framework would have to have a mass of about 1,655.7 times the mass of the Sun for the framework to have a surface gravity of about 1 ز.

One of the most massive stars known is Eta Carinae,4 with 100–200 M☉ its lifespan is very short—only several million years at most. A study of the Arches Cluster suggests that 150 M☉ is the upper limit for stars in the current era of the universe.56 The reason for this limit is not precisely known, but it is partially due to the Eddington luminosity which defines the maximum amount of luminosity that can pass through the atmosphere of a star without ejecting the gases into space. However, a star named R136a1 in the RMC 136a star cluster has been measured at 315 M☉, putting this limit into question.8 A study has determined that stars larger than 150 M☉ in R136 were created through the collision and merger of massive stars in close binary systems, providing a way to sidestep the 150 M☉ limit.[9]>

The first stars to form after the Big Bang may have been larger, up to 300 M☉ or more,[10] due to the complete absence of elements heavier than lithium in their composition. This generation of supermassive, population III stars is long extinct, however, and currently only theoretical.

With a mass only 93 times that of Jupiter (MJ), or .09 M☉, AB Doradus C, a companion to AB Doradus A, is the smallest known star undergoing nuclear fusion in its core.[11] For stars with similar metallicity to the Sun, the theoretical minimum mass the star can have, and still undergo fusion at the core, is estimated to be about 75 MJ.[12][13] When the metallicity is very low, however, a recent study of the faintest stars found that the minimum star size seems to be about 8.3% of the solar mass, or about 87 MJ.[13][14] Smaller bodies are called brown dwarfs, which occupy a poorly defined grey area between stars and gas giants.

So about 11 stars each with a mass of 150 times the mass of the Sun would be needed to orbit inside the framework with a radius of 1 AU to provide the framework with a surface gravity of 1 ز.

Unfortunately, the upper number of stars in a stable multiple star system is probably 8.

And the hierarchical structure of multiple star systems means that such a multiple star system would have to be much wider than 1 AU.

Fortunately, a supermassive black hole could be at the center of the framework.

A supermassive black hole (SMBH or sometimes SBH) is the largest type of black hole, with mass on the order of millions to billions of times the mass of the Sun (M☉).

In fact, a supermassive black hole would be far too massive for a framework at a distance of 1 AU to have a surface gravity of only 1 ز.

An intermediate-mass black hole (IMBH) is a class of black hole with mass in the range 102–105 solar masses: significantly more than stellar black holes but less than the 105–109 solar mass supermassive black holes.2 Several IMBH candidate objects have been discovered in our galaxy and others nearby, based on indirect gas cloud velocity and accretion disk spectra observations of various evidentiary strength.

A hypothetical intermediate-mass black hole with a mass of about 1,655.7 times the mass of the Sun would be right to give a framework around it at a distance of 1 AU a surface gravity of 1 ز.

So how would the framework around a star or black hole be supported against the central object's gravity of 1 ز?

If the central object was a star radiating light, gigantic ultralight weight solar sails could be stretched across the empty spaces between the pieces of the Framework. Those solar sails would reflect the light and stellar wind of the star back at it, providing a force to lift up the framework they were attached to.

But a black hole would not be radiating energy or a stellar wind.

If the center of the framework was filled by a star with 1 solar mass, or 333,000 times the mass of earth, the framework could have a surface gravity of 1 ز at a distance of about 577.06 times the radius of Earth, or about 3,676,458.956 kilometers. That would be very close to the star, and the framework would be very hot, unless there was a way to convert the light of the star striking the inner side of the framework into energy.

But the framework and solar sails would have a combined surface area of 5,77.0615 squared times the surface area of Earth. That would be 332,998.24 times the surface area of Earth. If only 1 millionth of the surface was the solid framework, that would be 0.332998 times the surface area of Earth. If only 1 thousandth of the surface was the solid framework, that would 332.9984 times the surface area of Earth.

If the star at the center had a mass of 100 solar masses, or 33,300,000 times the mass of the Earth, a framework at a distance of 5,770.615 times the radius of Earth, or 36,764,589.56 kilometers, would have a surface gravity of 1 ز.

A star with 100 times the mass of the Sun would radiate many times the Sun's luminosity. For example, BL 253 has a mass about 80 times that of the Sun and a luminosity about 750,000 times that of the Sun.

The framework would get many times hotter in the example of a star with one solar mass, despite being 10 times as far from the star.

But the framework and solar sails would have a combined surface are 5,770.615 squared times the surface area of Earth. That would be 33,299,997.48 the surface area of Earth. If only 1 millionth of the surface was the solid framework, that would still be 33.299 times the surface area of Earth. If only 1 thousandth of the surface was the solid framework, that would 33,299.99 times the surface area of Earth.

If the framework surrounded an intermediate-mass black hole with a mass of about 1,655.7 times the mass of the Sun at a distance of about 1 AU the framework would have a surface gravity of about 1 ز. But what would hold up the framework if there was no radiation from the black hole to press against the gigantic solar sails?

The inhabitants would have to make the black hole produce light by moving matter from far beyond the framework through gaps in the framework and send that matter toward the intermediate-mass black hole. As the matter got close to the black hole it would be accelerated by the black hole's intense gravity and it would heat up and emit light - the light emitted by infalling matter is one method used to detect black holes. And naturally, they would want to calculate the trajectories of the infalling matter which would produce the most light and stellar wind from the black hole.

A hypothetical intermediate-mass black hole with a mass of about 1,655.7 times the mass of the Sun would be right to give a framework around it at a distance of 1 AU with a surface gravity of 1 ز.

Since in this example the framework would have a radius of about 23,481 times the radius of Earth, it would have a surface area of about 23,481 squared times the surface area of Earth, or about 551,357,361 times the surface area of Earth. If only 1 millionth of the surface was the solid framework, that would still be 551.357 times the surface area of Earth. If only 1 thousandth of the surface was the solid framework, that would 551,357.361 times the surface area of Earth.

And of course, other sizes of such a type of artificial world could be designed.


5. Temperature Predictions:

  • In 2013, Mike Lockwood, professor of space environmental physics at Reading University, UK, told new scientist there is now a 25 per cent chance of a repetition of the last grand minimum, the late 17th century Maunder Minimum, when there were no sunspots for 70 years. “Solar activity is declining very fast at the moment. We estimate faster than at any time in the last 9300 years.”
  • The following graph shows the recorded and predicted temperatures as plotted by Ole Humlum et al from their 2011 paper: “Identifying natural contributions to late Holocene climate change” (Elsevier)

Fig. 6: O. Humlum et al. / Global and Planetary Change 79 (2011 Central Greenland (GISP2) surface temperature of the past 4,000 years (blue line). Natural cycle modelled and forecasted data are shown by the green line. The coefficient of determination (r2) for the hindcasting period is 0.63.)

“The causes of long (millennial scale) climate changes are generally poorly understood, and the issue is important for understanding the natural climate variability, as illustrated by ice and ocean cores. Also, the lack of a CO2 cycle at millennial time scales underscores the independence of such long climate variability from anthropogenic greenhouse enhancement.”

“The warming following the Little Ice Age is generally perceived as a natural recovery from the previously cold period, and the effect of anthropogenic greenhouse enhancement is assumed to become important only after 1975 (IPCC, 2007). Our simple cyclic model (Fig.) is able to forecast the main features of this recorded warming until 2010, underlining that a significant part of the 20th century warming may be interpreted as the result of natural climatic variations, known to characterise at least the previous 4000 years.”

Here are the results of a study by V. V. Zharkova et al, 2015.

Heartbeat of the Sun from Principal Component Analysis and prediction of solar activity on a millennium timescale.

The summery is by Anthony Watts, August 9, 2016:

After studying full-disc images of the sun’s magnetic field, Professor Valentina Zharkova of Northumbria University and colleagues, discovered that the sun’s dynamo is actually made of two components – coming from different depths inside the sun. The interaction between these two magnetic waves either amplifies solar activity or damps it down. Professor Zharkova’s observations suggest we are due for a prolonged period of low solar activity.”

Professor Valentina Zharkova:

“We will see it from 2020 to 2053, when the three next cycles will be of a very reduced magnetic field of the sun. Basically, what happens is these two waves, they separate into the opposite hemispheres and they will not be interacting with each other, which means that resulting magnetic field will drop dramatically nearly to zero. And this will be a similar condition like in the Maunder Minimum.

What will happen to the Earth remains to be seen and predicted because nobody has developed any program or any models of terrestrial response – they are based on this period when the sun has maximum activity — when the sun has these nice fluctuations, and its magnetic field [is] very strong. But we’re approaching the stage when the magnetic field of the sun is going to be very, very small.”

Heartbeat of the Sun from Principal Component Analysis and prediction of solar activity on a millenium timescale V. V. Zharkova, S. J. Shepherd, E. Popova & S. I. Zharkov

She [Zharkova] suggests it could be a repeat of the so-called Maunder Minimum – a period in the 17th century with little solar activity that may have influenced a cooling on Earth.

Fig. 7: Plot from Heartbeat of the Sun from Principal Component Analysis and prediction of solar activity on a millenium timescale V. V. Zharkova, S. J. Shepherd, E. Popova & S. I. Zharkov

4.2 Personal Sunspot Watch:

Monitoring incoming cosmic rays requires sophisticated instruments. So does the monitoring of coronal holes and solar flares in wavelengths outside the visible spectrum. For this, we rely on space weather observatories. A very strong solar eruption can be seen with a simple telescope projection, as did Carrington in 1859, when he registered the solar storm that caused global aurora anomalies, atmospheric storms and ground induced currents that crippled the telegraph system.

The count of visible sunspots can provide a very rough, low-tech overview of the trend in solar activity, even without electricity or intranet access, using only a pair of binoculars or a telescope. For a detailed measure of solar activity (especially before 1600) proxies such as beryllium 10 isotopes and carbon 14 isotopes are used.

Accurate sunspot records were made since 1610. Old Chinese astronomical records mention sunspots that were seen with the naked eyes in a hazy sunset. For a more accurate interpretation of the sunspot’s output, we would also need to know the magnetic polarity values of sunspot groups.

Warning: never look into the sun!

However, keep in mind, to compare sunspot records of the 1600s to 1900s with today’s sunspot numbers must lead to inaccurate results. Today, observation is performed with space based high-tech equipement with special optical filters. The telescopes that were available in the early 1600s to Kepler and Galileo were far inferior to today’s even cheap common telescopes. Galileo initially had a 8x magnification available with hand polished lenses made of hand-blown glass. So, sunspot group numbers of before around 1900 only give a accurate picture of solar activity when controlled with proxy data such as Beryllium10 or Carbon14 data. Online sunspot observatories visualize and count minute sunspots even without umbra regions which are barely visible with a small telescope, let alone with a pioneer technology telescope of the 1600s. Read more on the comparison here.

Thus far – in the first two months of Feb 2018 – we had only two sunspot groups with sunspots dark and large enough to be easily visible with a simple telescope. (See the projection from 2-23 below). In comparison, Space weather Live.com has already listed 25 sunspot regions in 2018 (in the first two month).

So, as far as visually recorded sunspot numbers are concerned, we could momentarily be at levels comparable to the Dalton Minimum.

At the beginning of 2018, we are already more than 2 years ahead of the bottom of the solar cycle. The next time you see notable sunspots on an internet sunspot monitor, see if you can spot them in a projection with your telescope. This gives you a rough reference point for independent sunspot observation, even if you don’t have internet access or electricity. Here is how to do it:

Simply mount your binoculars or teleskope in such a way that they project a cone of sunlight onto a white surface in the shade. Experiment with distance and focus.

Fig 8:Sun spot observation with telescope Simply mount your binoculars or teleskope in such a way that they project a cone of sunlight onto a white surface in the shade. Experiment with distance and focus.

Fig 9: Sunspots visualized on sdo, 2-13-2018

Fig: 10: Unfiltered photograph of telescope projection, Sun spots 2-13-2018. A group of medium sized sunspots (thus far the largest of 2018) in the sun’s equatorial region. As the sun rotates, the sunspots traverse the observed side of the sun in about 9 days from left to right

For more details on the latest insight on cosmic rays, read the 2017 press release on Professor Henrik Svensmark’s paper here:

“Finally, we have the last piece of the puzzle of why the particles from space are important for climate on Earth.”

Whenever the final drop into the next Grand Solar Minimum will turn out to be, we are a society in need to prepare and re-organize our infrastructure and way of life to a changing environment.

One counterpoint to Svensmark‘s line of argument was the following attempt by Dr. Leif Svalgaard. Antony Watt wrote:

I asked prominent solar physicist Dr. Leif Svalgaard his opinion on the paper (and sent him the advance full copy). He had this to say”:

“Think about this: TSI over a solar cycle causes a variation of 0.05-0.10 degrees C. If GCRs as per Svensmark has 5-7 times the effect of TSI, that would translate to a temperature variation of 0.35-0.50 C over a cycle, which is simply not observed, hence the paper can be dismissed out of hand.”

Well, it is Dr. Leif Svalgaard’s interjection and logical fallacy that can be dismissed out of hand, since the solar system is not a mechanical clockwork. He assumes the changes in temperature are a direct cause of the changes in TSI. And then he complains that we don’t measure the changes he projects from his false presumption. Maybe, the 5-7 times greater effect on temperature IS WHAT CAUSES the 0.05-0.01 degree difference over a solar cycle? Maybe the TSI is a co-effect?

Independent from the above discussion I find it interesting to pursue the question of whether it is academic authoritarianism that makes people feel compelled to start their sentences with “Think about this:…”


شاهد الفيديو: What is electromagnetic Radiation? Spectroscopy. Physical Chemistry (أغسطس 2022).