Forskning om warpdrift och dess möjlighet i framtiden

 

Fritt citerat: ”Warpdriften ger rymdskepp förmågan att färdas snabbare än ljuset. Warpdrift startar genom att materia och antimateria kolliderar i warpkärnan). Det leder till att enorma mängder energi uppstår som leds ut i warpgondolerna där den används till att skapa det warpfält som ger möjlighet att färdas i överljusfart. Warpfältet kontraherar tids och rum framför skeppet och expanderar det bakom sig. När man tryckt ihop tid och rum blir sträckan man ska förflytta sig mycket kortare och kan med liten ansträngning ske. Detta sker inte en gång utan kontinuerligt under warpfärden”. Slut citat från https://www.startrekdb.se.

Fysiker har utforskat den teoretiska möjligheten av "warp drives" i årtionden, och i en ny studie publicerad i Open Journal of Astrophysics beskrivs vad som kan ske under en sådan genom att simulera de gravitationsvågor som en sådan enhet skulle kunna avge om det kraschade.

Den nya forskningen är resultatet av ett samarbete mellan specialister inom gravitationsfysik vid Queen Mary University of London, University of Potsdam, Max Planck-institutet (MPI) för gravitationsfysik i Potsdam och Cardiff University. Även om den inte påstår sig ha knäckt warp drive-koden, utforskar den de teoretiska konsekvenserna av en warp drive "containment failure" med hjälp av numeriska simuleringar.

Dr Katy Clough vid Queen Mary University of London, studiens huvudförfattare, beskriver: "Även om warpdrift är ren teori har den en väldefinierad beskrivning i Einsteins allmänna relativitetsteori och därför tillåter numeriska simuleringar oss att utforska vilken inverkan den kan ha på rum och tid i form av gravitationsvågor."

Medförfattare Dr Sebastian Khan, från Cardiff University's School of Physics and Astronomy, tillägger: " Det var Miguel Alcubierre som skapade den första warpdrive lösningen under sin doktorsexamen vid Cardiff University 1994. Så det är bara naturligt att vi fortsätter traditionen med warp drive-forskning i gravitationsvågsastronomins era. 

Resultaten är fascinerande. Det kollapsande warp-drivet genererar en distinkt skur av gravitationsvågor, en krusning i rumtiden som kan upptäckas av gravitationsvågsdetektorer vilka vanligtvis riktas mot kollisioner mellan svarta hål och neutronstjärnor. Till skillnad från signalen från sammansmältande astrofysikaliska objekt, skulle  signalen från kollapsade Warp drive bli en kort, högfrekvent störning och därför skulle strömdetektorer av i dag inte kunna fånga upp den. Framtida instrument med högre frekvens kan dock komma att göra det och även om inga sådana instrument ännu har finansierats finns tekniken för att bygga dem. Detta ökar möjligheten att använda dessa signaler i framtiden för att söka efter bevis på warp drive-teknik.

Dr Khan varnar: "I vår studie är den ursprungliga formen av rumtid den warpbubbla som Alcubierre beskriver. Även om vi kunde visa att en observerbar signal i princip skulle kunna hittas av framtida detektorer är detta inte tillräckligt för att driva instrumentutvecklingen med tanke på arbetets spekulativa karaktär och kostnad.

Studien fördjupar sig också i energidynamiken i den kollapsande warpdriften. Processen avger en våg av negativ energimateria, följt av omväxlande positiva och negativa vågor. Denna komplexa rörelse resulterar i en nettoökning av den totala energin i systemet och skulle i princip kunna ge ytterligare en sigmal för kollapsen om de utgående vågorna interagerade med normal materia.

Forskningen tänjer på gränserna för vår förståelse av exotiska rumtider och gravitationsvågor. Professor Dietrich kommenterar: "För mig är den viktigaste aspekten av studien nyheten att noggrant modellera dynamiken i negativa energi-rum-tider och möjligheten att utvidga tekniker till fysiska situationer som kan hjälpa oss att bättre förstå utvecklingen och ursprunget till vårt universum eller undvikandet av singulariteter i mitten av svarta hål."

Han tillägger även: "Det är en påminnelse om att teoretiska idéer kan få oss att utforska universum på nya sätt. Även om vi är skeptiska till sannolikheten att använda dessa praktiskt tycker jag att det är tillräckligt intressant att att titta på!

Forskarna planerar att undersöka hur signalen förändras med olika warp drive-modeller och utforska kollapsen av bubblor som färdas i hastigheter som överstiger ljusets hastighet. Warphastighet må vara långt borta men jakten på att förstå universums hemligheter fortsätter.

Bild https://www.qmul.ac.uk/media/news AI-intryck av en kollaps av en varpbubbla: Katy Clough med AI-verktyget pixlr.com

JAXA studsar laserstråle mellan månens yta och månens omloppsbana

 

NASA:s LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) har två gånger sänt en laserpuls till en retroreflektor i cookiestorlek ombord på JAXA:s (Japan Aerospace Exploration Agency) SLIM-landare som finns på månen och tagit emot en retursignal från denna.

När LRO passerade 70 km ovanför SLIM (Smart Lander for Investigating Moon) under två på varandra följande omloppsbanor den 24 maj 2024, pingade landarens laserhöjdmätarinstrument likt den hade gjort åtta gånger tidigare. Men vid dessa två ping  studsade signalen tillbaka till LRO:s detektor.

Detta var en viktig prestation för NASA eftersom enheten inte är i en optimal position för detta. Retroreflektorer är vanligtvis fästa på toppen av landare vilket ger LRO ett 120-graders vinkelområde att sikta mot när man skickar laserpulser till den ungefärliga platsen för en retroreflektor. SLIM-landaren hade dock landat på månytan med toppen vänd åt sidan vilket begränsade LRO:s räckvidd.

För att öka chanserna att nå  målet samarbetade LRO-teamet med JAXA för att bestämma den exakta platsen och orienteringen för SLIM. Sedan förutspådde NASA:s ingenjörer när LRO:s omloppsbana skulle föra den till koordinater som skulle ge den bästa chansen att nå SLIM:s retroreflektor med laserstrålar.

Första gången en laserstråle sändes från LRO till en NASA-retroreflektor och tillbaka var den 12 december 2023, när  LRO pingade ISRO:s (Indian Space Research Organisation) Vikram-landare. LRO har sedan dess utbytt laserpingar med Vikram ytterligare tre gånger.

NASA:s retroreflektor har åtta hörnkubprismor av kvarts i en kupolformad aluminiumram som är 2 tum bred. Utan att det krävs någon ström eller underhåll kan reflektorer på månens yta fungera i årtionden och därmed ge tillförlitliga fyrar vid   framtida uppdrag. Retroreflektorer kan till exempel vägleda Artemis-astronauter till ytan i mörker eller markera platserna för rymdfarkoster som redan finns på ytan för att hjälpa astronauter och obemannade rymdfarkoster att landa nära dessa.

LRO:s laserhöjdmätare är det enda laserinstrumentet i omloppsbana runt månen för tillfället och utformades för att kartlägga månens topografi för att förbereda framtida  uppdrag till månen.

Bild på NASA:s Laser Retroreflector Array installerades på JAXA:s SLIM-landare före uppskjutning.

JAXA JAXA

Hubbleteleskopet visar en bild på en perfekt spiralgalax.

Bilden ovan är från NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble. Den visar detaljerad ögonblicksbild av spiralgalaxen NGC 3430 som finns 100 miljoner ljusår från jorden i stjärnbilden Lilla lejonet. Flera andra galaxer, som ligger relativt nära den här, ligger precis utanför ramen för bilden. Den ena är tillräckligt nära för att genom gravitation interaktion driva på en stjärnbildning i NGC 3430 vilket kan ses på bilden som ljusblå fläckar utanför galaxens huvudsakliga spiralstruktur. Ovan exempel på en galaktisk spiral har en ljus kärna från vilken en vindsnurra av armar verkar stråla utåt. Mörka stoftstråk och ljusa stjärnbildningsområden hjälper till att definiera dessa spiralarmar.

NGC 3430:s distinkta form kan vara en av anledningarna till att astronomen Edwin Hubble använde galaxen för att definiera sin klassificering av galaxer. 

Edwin Hubble ( 1889-1953) är astronomenen som Hubbleteleskopet namngetts efter. Hubble skrev 1926 en artikel som beskrev klassificeringen av cirka fyrahundra galaxer efter deras utseende – som antingen spiralgalaxer, stavspiralgalaxer, linsformade, elliptiska eller oregelbundna. Denna enkla klassificering visade sig bli extremt inflytelserik. Den  använder astronomer än i dag. NGC 3430 är en spiralgalax som saknar en central stav med öppna, tydligt definierade armar.

Bild ovan från NASA/ESA:s som visar rymdteleskop Hubble bild på den majestätiska spiralgalaxen NGC 3430. ESA/Hubble och NASA, C. Kilpatrick 

Keplers banbrytande solfläcksskisser från 1607 löser i vår tid solmysterier

 

Med hjälp av modern teknik har forskare på nytt undersökt Johannes Keplers halvt bortglömda solfläcksteckningar och då avslöjat tidigare dold information om solcyklerna före det stora solminimumet. Genom att återskapa förhållandena då Kepler nedtecknande sina observationer och tillämpat Spörers lag (Driften av den genomsnittliga latituden för solfläckar mot solens ekvator under den 11-åriga solfläckscykeln) i ljuset av modern statistik har en internationell samarbetsgrupp under ledning  från Nagoya University i Japan mätt positionen för Keplers solfläcksgrupp och placerat den i slutet av solcykeln före den cykel som Thomas Harriot, Galileo Galilei och andra tidiga teleskopobservatörer nedtecknade.

I maj 1607 registrerade Kepler vad han felaktigt tolkade som en passage av Merkurius över solen vilket senare visade sig vara en solfläcksgrupp. Solfläckar är områden på solens yta som som är mörkare på grund av intensiv magnetisk aktivitet. Deras förekomst, frekvens och latitudfördelningar uppträder i cykler som påverkar solstrålning och rymdväder.

Hisashi Hayakawa, huvudförfattare till studien menar att forskarna har underskattat betydelsen av Keplers fynd.

– Eftersom den här registreringen inte var en observation gjord med teleskop har den bara diskuterats i vetenskapshistoriska sammanhang och har inte använts för kvantitativa analyser av solcyklerna på 1600-talet, beskriver han. Observationen är den äldsta  av solfläckar som någonsin gjorts med en instrumentell observation och projektion.

Hayakawa beskriver vidare: "Vi insåg att den här solfläcksritningen borde kunna berätta för oss var solfläcken befann sig och indikera solcykelfasen 1607 när vi lyckades begränsa observationspunkten och tiden och rekonstruera lutningen på de heliografiska koordinaterna – det vill säga positionerna för egenskaper på solens yta vid den tidpunkten.

"Observationerna är viktiga eftersom 1600-talet var en avgörande period i solcykeln, inte bara som den tid då solfläcksobservationer precis hade börjat utan också som den tid då solaktiviteten övergick från normala solcykler till Maunderminimum (det långvariga solfläcksminimumet", var en period under 1645 till 1715 då solfläckar var mycket sällsynta) ett unikt stort solminimum i observationshistorien. 

Det är inte helt klarlagt hur mönstret för solaktiviteten skiftade från regelbundna cykler till ett minimum annat än att övergången skedde gradvis.

Keplers solfläcksdata är en viktig observationsreferens. Genom att analysera Keplers register och jämföra dessa med samtida data och modern statistik gjorde forskarna flera viktiga upptäckter:

Efter att ha "deprojectat" Keplers solfläcksritningar och kompenserat för solens positionsvinkel, placerade de Keplers solfläcksgrupp på en låg heliografisk latitud.

 För det andra, genom att tillämpa Spörers lag och den kunskap som erhållits från modern solfläcksstatistik, identifierade de solfläcksgruppen som troligen belägen i slutet av solcykeln snarare än i början av solcykeln .

För det tredje står deras resultat i kontrast till senare teleskopobservationer, som visar solfläckar på högre breddgrader på solen. "Detta visar en typisk övergång från den föregående solcykeln till nästa cykel, i enlighet med Spörers lag", beskriver Thomas Teague, observatör för WDC SILSO https://www.sidc.be/SILSO/homeoch medlem av teamet, och hänvisar till den tyske astronomen Gustav Spörer som beskrev en migration av solfläckar från högre till lägre breddgrader under en solcykel. 

För det fjärde gör detta fynd det möjligt för författarna att approximera övergången mellan den föregående solcykeln  och nästa solcykel  mellan 1607 och 1610, genom att begränsa de möjliga datumen när den inträffade. På grundval av detta föreslog Keplers data en regelbunden varaktighet för solcykeln vilket utmanar alternativa rekonstruktioner som föreslår en extremt lång cykel under denna period.

Bild wikipedia. Porträtt från 1610 föreställande Johannes Kepler.

Fynd av koldioxid på månen Ariel ger misstanke om hav under dess isbelagda yta.

 

Ariel består av ungefär 70 % is (koldioxidis och möjligen metanis) och 30 % silikater månen ser ut att ha färsk frost på vissa platser.

Uranus måne Ariel täcke av koldioxidis finns speciellt på  sidan som alltid är vänd bort från månens bana runt Uranus.

Forskare har arbetat fram teorier om vad det är något som ger koldioxid till Ariels yta. Vissa anser att interaktion mellan månens yta och laddade partiklar i Uranus magnetosfär skapar koldioxiden genom en process som kallas radiolys när molekyler bryts ner av joniserande strålning.

Men i en ny studie som publicerades den 24 juli 2024 i The Astrophysical Journal Letters tippar vågskålen till förmån för en alternativ teori - att koldioxid  mfl molekyler kommer från Ariels inre eventuellt från ett flytande hav under  ytan.

Genom att använda NASA:s James Webb Space Telescope för att samla in kemiskt spektra av vad månen innehåller och sedan jämföra resultatet med spektra av simulerade kemiska blandningar i laboratoriemiljö fann en forskargrupp ledd av Richard Cartwright vid Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) i Laurel, Maryland att Ariel har några av de mest koldioxidrika avlagringarna i hela solsystemet. Bland resultatet fanns ett annat förbryllande fynd: de första tydliga signalerna av kolmonoxid.

Man måste komma ner till ca -240 Celcius innan kolmonoxid är stabilt, beskriver Cartwright.

Men radiolys kan fortfarande vara ansvarigt för en del av  kolmonoxiden, tillade han. Laboratorieexperiment har visat att strålningsbombardemang i is av vatten blandat med kolrikt material kan producera både koldioxid och kolmonoxid. Således kan radiolys vara  källan till påfyllning och förklara det rika överflödet av båda molekylerna på Ariels bakre halvklot (det som alltid är vänt bort från Uranus).

Men många frågor kvarstår om Uranus magnetosfär ex omfattningen av dess växelverkan med Uranus övriga månar. Till och med under Voyager 2:s förbiflygning av Uranus för nästan 40 år sedan misstänkte forskare att sådana interaktioner dock kunde vara begränsade eftersom Uranus magnetfältsaxel och omloppsplanet för dess månar är förskjutna från varandra med cirka 58 grader.

Istället kan huvuddelen av koldioxiden komma från kemiska processer som skett (eller fortfarande pågår) i ett vattenhav under Ariels isiga yta, som träcker upp genom sprickor i månens isiga yttre eller möjligen till och med genom eruptiva plymer.

Dessutom antyder de nya spektrala observationerna att Ariels yta också kan hysa karbonatmineraler - salter som bara kan uppstå genom interaktion mellan flytande vatten och sten.

Bild wikipedia. Närbild på kanjoner nära Ariels gräns mellan den belysta och den skuggade delen av månen som alltid har samma sida vänd mot Uranus.

Epsilon Indi Ab är den kallaste gasplanet som hittats utanför vårt solsystem

 

Ett internationellt team av astronomer har med hjälp av NASA:s James Webb Space Telescope direktavbildat en exoplanet som finns ungefär 12 ljusår från jorden. Planeten, Epsilon Indi Ab, är en av de kallaste exoplaneterna som hittills observerats.

Planeten har en massa som är flera gånger större än Jupiter och kretsar kring stjärnan Epsilon Indi A (Eps Ind A), vilken är ungefär lika gammal som solen men något svalare. Teamet observerade Epsilon Indi Ab med hjälp av koronagrafen på Webbs MIRI (Mid-Infrared Instrument). Endast några tiotals exoplaneter har tidigare avbildats direkt av rymd- och markbaserade observatorier.

"Våra tidigare observationer av det här systemet har varit mer indirekta mätningar av stjärnan, vilket faktiskt gjorde det möjligt för oss att i förväg se att det troligen fanns en jätteplanet i det här systemet som drog i stjärnan", beskriver forskaren Caroline Morley vid University of Texas i Austin. "Det är därför vårt team valde det här systemet att observera med Webb."

"Den här upptäckten är spännande eftersom planeten är ganska lik Jupiter men är lite varmare och mer massiv, men mer lik Jupiter än någon annan planet som har avbildats hittills", beskriver huvudförfattaren Elisabeth Matthews vid Max Planck-institutet för astronomi i Tyskland.

Epsilon Indi Ab är en av de kallaste exoplaneterna som upptäckts med en uppskattad temperatur på 2 grader Celsius vilket är kallare än någon annan avbildad gasplanet utanför vårt solsystem, och kallare än alla utom en fritt flytande brun dvärg. Planeten är cirka 100 grader Celsius varmare än gasjättarna i vårt solsystem. Detta ger astronomer en sällsynt möjlighet att studera den atmosfäriska sammansättningen av likartade objekt i vårt solsystem. Epsilon Indi Ab är den tolfte närmaste exoplaneten till jorden som vi känner till hittills och den närmaste planeten som är massivare än Jupiter. Teamet tror att det kan finns betydande mängder av metan, kolmonoxid och koldioxid i planetens atmosfär som absorberar ljusets kortare våglängder. Det kan också tyda på en mycket molnig atmosfär.

Direktavbildning av exoplaneter är särskilt värdefullt för karakterisering. Forskare kan direkt samla in ljus från den observerade planeten och jämföra dess ljusstyrka vid olika våglängder. Än så länge har forskargruppen bara undersökt Epsilon Indi Ab vid några få våglängder, men de hoppas kunna återbesöka planeten med Webb för att utföra både fotometriska och spektroskopiska observationer i framtiden. De hoppas kunna upptäcka andra liknande planeter med Webbteleskopet för att hitta möjliga trender om gasplaneters atmosfärer och hur de bildas. Dessa resultat togs med Webbs Cycle 1 General Observer program 2243 och har publicerats i tidskriften Natur

Bild vikipedia Epsilon Indi Ab avbildad av Jaimes Webbteleskopets MIRI (en kamera och spektrograf som observerar medellång till lång infraröd strålning (från 5 till 28 mikrometer). ”Stjärnan” markerar positionen för stjärnan (solen) vars ljus blockeras av en koronagraf för att gasplaneten ska synas. En koronagraf är ett teleskopiskt fäste som är utformat för att blockera det direkta ljuset från en stjärna eller annat ljusstarkt objekt så att närliggande föremål – som annars skulle vara dolda i objektets ljusa bländning – kan upplösa bländningen

Medicinberoende rymdfarare kan få problem om dess medicins bäst före datum på denna tar slut.

 

Mediciner som används av astronauter på den internationella rymdstationen har inte alltid tillräckligt bra hållbarhet för en tre år lång resa till Mars.

En ny studie ledd av Duke University School of Medicine avslöjar att mer än hälften av de mediciner som kan behövas såsom smärtstillande medel, antibiotika, allergimediciner och sömnmedel, skulle gå ut som bästa datum för användning  innan ett Mars-uppdrag avslutats och astronauterna återvänt till jorden.

Astronauter kan komma att då få förlita sig på ineffektiva eller till och med skadliga läkemedel, enligt studien som publicerades den 23 juli 2024 i npj Microgravity, en tidskrift i Nature.

"Det betyder inte nödvändigtvis att medicinerna inte kommer att fungera, men på samma sätt som du inte bör ta utgångna mediciner som du har liggande hemma, måste rymdutforskningsbyråer planera för att utgångna mediciner är mindre effektiva", beskriver senior studieförfattare Daniel Buckland, MD, PhD, biträdande professor vid avdelningen för akutmedicin vid Duke University School of Medicine och forskare inom flyg- och rymdmedicin.

"De som är ansvariga för hälsan hos besättningar på rymdfärder kommer att behöva hitta sätt att förlänga utgången av mediciner för att slutföra ett Mars-uppdrag som varar i tre år, välja mediciner med längre hållbarhet eller acceptera den förhöjda risken som är förknippad med att administrera utgångna mediciner", beskriver Diaz i studiens slutsats.

Efter utgångsdatumet kan mediciner förlora sin styrka lite (eller mycket). Läkemedelsföretag försäkrar endast ett läkemedels effektivitet fram till utgångsdatumet på förpackningen.

Att öka mängden mediciner som tas ombord kan också bidra till att kompensera får sänkt effekt av utgångna läkemedel, beskriver författarna.

Jag undrar om en undersökning gjorts om det går att förlänga hållbarheten om man förvarar medicin i vakuum, tyngdlöshet och kyla? I annat fall får man på eget ansvar följa med ut på rymdresor och enbart personer som vid utskjutet är vid god hälsa får följa med. Men risken att någon blir sjuk under färden kan aldrig uteslutas.

Bild https://medschool.duke.edu/  Exempel på generiska läkemedel med en hållbarhet som är för kort för resor i rymden. (Foto av Eamon Queeney.)