Kan forskere skabe en stjerne på jorden?

I midten af ​​vores solsystem er en enorm atomgenerator. Jorden kredser om dette massive legeme i en gennemsnitlig afstand på 93 millioner miles (149,6 millioner kilometer). Det er en stjerne, vi kalder solen. Solen giver os den energi, der er nødvendig for livet. Men kunne forskere oprette en miniaturiseret version her på Jorden?

Det er ikke bare muligt - det er allerede gjort. Hvis du tænker på en stjerne som en atomfusionsmaskine, menneskeheden har kopieret stjernernes natur på Jorden. Men denne åbenbaring har kvalifikationer. Eksemplerne på fusion her på Jorden er i lille skala og varer højst kun et par sekunder.

For at forstå, hvordan forskere kan lave en stjerne, det er nødvendigt at lære, hvad stjerner er lavet af, og hvordan fusion fungerer. Solen er omkring 75 procent brint og 24 procent helium. Tungere elementer udgør den sidste procent af solens masse. Solens kerne er intenst varm - temperaturerne er større end 15 millioner grader Kelvin (næsten 27 millioner grader Fahrenheit eller knap 15 millioner grader Celsius).

Ved disse temperaturer, brintatomerne optager så meget energi, at de smelter sammen. Dette er ikke en triviel sag. Kernen i et hydrogenatom er en enkelt proton. At smelte to protoner sammen kræver nok energi til at overvinde elektromagnetisk kraft. Det er fordi protoner er positivt ladede. Hvis du kender magneter, du ved, at lignende afgifter afviser hinanden. Men hvis du har nok energi til at overvinde denne kraft, du kan smelte de to kerner til en.

Det du sidder tilbage med efter denne indledende fusion er deuterium , en isotop af brint. Det er et atom med en proton og en neutron. Fusion af deuterium med brint skaber helium-3. Ved at fusionere to helium-3-atomer sammen skabes helium-4 og to hydrogenatomer. Hvis du bryder alt det ned, det betyder i det væsentlige, at fire hydrogenatomer smelter sammen for at skabe et enkelt helium-4-atom.

Her spiller energi ind. Et helium-4-atom har mindre masse end fire hydrogenatomer samlet. Så hvor går den ekstra masse hen? Det omdannes til energi. Og som Einsteins berømte ligning fortæller os, energi er lig med massen af ​​et objekt gange lysets hastighed i kvadrat. Det betyder, at massen af ​​den mindste partikel svarer til en enorm mængde energi.

Så hvordan kan forskere skabe en stjerne?

Stjernekvaliteter

Det er ikke let at skabe nok energi til at overvinde elektromagnetisk kraft, men det lykkedes USA at gøre det den 1. november, 1952. Det var da Ivy Mike, verdens første brintbombe, detonerede på Elugelab Island. Bomben havde to faser. Den første etape var en fissionsbombe. Fission er processen med at splitte en kerne. Det er den type bombe, USA brugte på Nagasaki og Hiroshima for at afslutte Anden Verdenskrig.

Spaltningsbombeelementet i Ivy Mike var nødvendigt for at skabe den enorme mængde energi, der kræves for at overvinde brintens elektromagnetiske kraft for at smelte det ind i helium. Varme fra den første eksplosion, der overføres gennem bombens blyhylster til en kolbe, der indeholder flydende deuterium. En plutoniumstang inde i kolben fungerede som tænding for fusionsreaktionen.

Den resulterende eksplosion var 10,4 megaton stor. Det udslettede øen fuldstændigt, efterlader et krater 164 fod dybt (næsten 50 meter) og 1,2 miles (1,9 kilometer) på tværs af [kilde:Brookings Institution]. Et kort øjeblik, mennesket havde udnyttet stjernernes magt til at skabe et våben med enorm kraft. Den termonukleære alder var begyndt.

Laboratorier rundt om i verden forsøger nu at finde en måde at udnytte fusion som energikilde på. Hvis de kan finde en måde at skabe bæredygtige og kontrollerbare reaktioner på, forskere kunne bruge fusion til at levere enorme mængder strøm i millioner af år. Der mangler ikke brændstof - brint er rigeligt, og havene har store mængder deuterium i sig.

Men at komme til det punkt, hvor vi kan udnytte fusion om magt, vil tage mange års forskning og milliarder af dollars i ressourcer. Den mængde strøm, der kræves for at starte fusion kombineret med den intense varme, der skabes af begivenheden, gør det svært at bygge et anlæg, der kan indeholde en reaktion. Nogle forskere ser på massive lasere som en måde at tænde en fusionshændelse på. Andre undersøger muligheder med plasma - den fjerde tilstand. Men ingen har låst hemmeligheden op endnu.

Så, vi kan skabe en stjerne på Jorden - i hvert fald i kort tid. Men det er tilbage at se, om vi kan opretholde en sådan skabelse og udnytte dens forbløffende energi.

Lær mere om stjerner og energi ved at følge linkene på den næste side.

Mens brug af varme til at overvinde elektromagnetisk kraft er en måde at opnå fusion, nogle forskere undersøger muligheden for at bruge kemiske og nukleare reaktioner, der ikke kræver så intens varme. Det hedder kold fusion . Men kold fusion har et PR -problem - et tidligt (tilsyneladende vellykket) eksperiment blev senere genstand for latterliggørelse og beskyldninger om svig og inkompetence. Kold fusion kan stadig være en mulighed, men forskere bliver nødt til at arbejde ekstra hårdt for at overbevise skeptikere.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer stjerner
• Sådan fungerer Mælkevejen
• Sådan fungerer galakser
• Sådan fungerer solen
• Sådan fungerer atomfusionsreaktorer

Flere store links

• NASA

Kilder

• Brookings Institution. "Mike" -testen, 1. november kl. 1952. "2010. (20. maj, 2010) http://www.brookings.edu/projects/archive/nucweapons/mike.aspx
• Cox, Brian. "Kan vi lave en stjerne på Jorden?" BBC Horizons. Februar 2009. (19. maj, kl. 2010) http://www.bbc.co.uk/programmes/b00hr6bk
• Cox, Brian. "Sådan bygger du en stjerne på jorden." BBC nyheder. 16. februar kl. 2009. (18. maj, kl. 2010) http://news.bbc.co.uk/2/hi/sci/tech/7891787.stm
• Grå, Richard. "Forskere planlægger at tænde en lille menneskeskabt stjerne." Telegraf. 27. december kl. 2008. (18. maj, kl. 2010) http://www.telegraph.co.uk/science/science-news/3981697/Scientists-plan-to-ignite-tiny-man-made-star.html
• Los Alamos National Labs. "Helium." 15. december kl. 2003. (18. maj, kl. 2010) http://periodic.lanl.gov/elements/2.html
• Los Alamos National Labs. "Hydrogen." 15. december kl. 2003. (18. maj, kl. 2010) http://periodic.lanl.gov/elements/1.html
• NASA. "Sol." World Book på NASA. (18. maj, 2010) http://www.nasa.gov/worldbook/sun_worldbook.html
• Astrophysics Spectator. "Hydrogenfusion." 6. oktober kl. 2004. (19. maj, kl. 2010) http://www.astrophysicsspectator.com/topics/stars/FusionHydrogen.html