科学者は地球上に星を作ることができるでしょうか?

重要なポイント

私たちの太陽系の中心には巨大な原子力発電所があります。地球はこの巨大な天体の周りを平均 9,300 万マイル (1 億 4,960 万キロメートル) の距離で公転しています。それは私たちが太陽と呼んでいる星です。太陽は私たちに生命に必要なエネルギーを与えてくれます。しかし、科学者はこの地球上で小型バージョンを作成できるでしょうか?

それは可能であるだけでなく、すでに行われています。星を核融合機械と考えると、人類は星の性質を地球上に再現したことになります。しかし、この啓示には条件があります。ここ地球上での核融合の例は小規模であり、長くても数秒しか続かない。

科学者が星を作る方法を理解するには、星が何でできているのか、核融合がどのように起こるのかを学ぶ必要があります。太陽は約 75 パーセントが水素、24 パーセントがヘリウムで構成されています。より重い元素が太陽の質量の最後のパーセントを占めます。太陽の中心部は非常に熱く、温度は 1,500 万ケルビン (華氏約 2,700 万度、または摂氏 1,500 万度弱) を超えています。

これらの温度では、水素原子は非常に多くのエネルギーを吸収し、それらが融合します。これは些細な問題ではありません。水素原子の核は単一の陽子です。 2 つの陽子を融合するには、電磁力に打ち勝つのに十分なエネルギーが必要です。それは陽子がプラスに帯電しているからです。磁石に詳しい人なら、同じような電荷は互いに反発し合うことをご存知でしょう。しかし、この力に打ち勝つのに十分なエネルギーがあれば、2 つの原子核を 1 つに融合させることができます。

この最初の核融合の後に残るのは、水素の同位体である重水素です。陽子と中性子が1つずつある原子です。重水素と水素を融合させるとヘリウム 3 が生成されます。 2 つのヘリウム 3 原子を融合すると、ヘリウム 4 と 2 つの水素原子が生成されます。これらすべてを分解すると、本質的には 4 つの水素原子が融合して 1 つのヘリウム 4 原子が生成されることを意味します。

ここでエネルギーが活躍します。ヘリウム 4 原子の質量は、4 つの水素原子を合わせた質量よりも小さくなります。では、その余分な質量はどこに行くのでしょうか?それはエネルギーに変換されます。アインシュタインの有名な方程式が示すように、エネルギーは物体の質量と光速度の 2 乗の積に等しい。つまり、最も小さな粒子の質量は膨大な量のエネルギーに相当します。

では、科学者はどのようにして星を作り出すことができるのでしょうか?

スターの資質

電磁力に打ち勝つのに十分なエネルギーを作り出すのは簡単ではありませんが、米国は 1952 年 11 月 1 日にそれを行うことに成功しました。その時、世界初の水爆であるアイビー マイクがエルゲラブ島で爆発しました。爆弾には2つの段階がありました。最初の段階は核分裂爆弾でした。核分裂は原子核が分裂するプロセスです。これは、第二次世界大戦を終結させるために米国が長崎と広島に使用したタイプの爆弾です。

アイビー・マイクの核分裂爆弾要素は、水素の電磁力に打ち勝ち、水素をヘリウムに融合させるのに必要な大量のエネルギーを作り出すために必要でした。最初の爆発による熱は、爆弾の鉛の薬莢を通って液体重水素が入ったフラスコに伝わりました。フラスコ内のプルトニウム棒は、核融合反応の点火剤として機能しました。

結果として生じた爆発の規模は10.4メガトンでした。それは島を完全に消し去り、深さ 164 フィート (約 50 メートル)、直径 1.2 マイル (1.9 キロメートル) のクレーターを残しました 。ほんの一瞬の間、人類は星の力を利用して、計り知れない力を持つ武器を作り出しました。熱核時代が始まった。

世界中の研究室は現在、核融合をエネルギー源として利用する方法を見つけようとしています。持続可能で制御可能な反応を作り出す方法を見つけることができれば、科学者は核融合を利用して何百万年にもわたって大量の電力を供給できる可能性がある。燃料は不足していません。水素は豊富にあり、海洋には大量の重水素が含まれています。

しかし、核融合を電力に利用できるところまで到達するには、何年にもわたる研究と数十億ドルのリソースが必要です。核融合を開始するのに必要な電力量と、この現象によって発生する高熱により、反応を封じ込められる施設の建設が困難になります。科学者の中には、核融合現象を引き起こす方法として巨大レーザーを検討している人もいます。物質の第 4 の状態であるプラズマを使った選択肢を模索している人もいます。しかし、まだ誰もその秘密を解明していません。

つまり、少なくとも短期間の間は、地球上に星を作ることができるのです。しかし、私たちがそのような創造を維持し、その驚くべきエネルギーを利用できるかどうかはまだわかりません。

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