Illustration représentant un vaisseau spatial Mars à propulsion nucléaire et son équipage. Image reproduite avec l’aimable autorisation de la NASA
Orlando, Floride, oct. 20 (UPI) – Les experts spatiaux de la NASA et des États-Unis ont exhorté mercredi le Congrès à investir plus rapidement et plus fortement dans le développement d’un vaisseau spatial à propulsion nucléaire mercredi pour rester en avance sur des concurrents tels que la Chine.
L’agence spatiale estime que les vaisseaux spatiaux propulsés par une fusée thermonucléaire atteindront Mars en seulement trois à quatre mois, soit environ la moitié du temps requis par les fusées conventionnelles à combustible liquide.
« Des concurrents stratégiques, dont la Chine, investissent de manière agressive dans un large éventail de technologies spatiales, y compris l’énergie nucléaire et la propulsion », a déclaré Bhavya Lal, conseiller principal de la NASA pour le budget et les finances, lors d’une audition d’un comité du Congrès mercredi matin.
« Les États-Unis doivent évoluer à un rythme rapide pour rester compétitifs et rester un leader dans la communauté spatiale mondiale », a déclaré Lall.
L’audition s’est tenue devant la commission des sciences et technologies spatiales de la Chambre des représentants des États-Unis. Des experts ont même témoigné Des rapports sont apparus La Chine a testé un missile orbital pour lancer des armes nucléaires potentielles à des vitesses supersoniques.
La Chine a admis avoir testé un vaisseau spatial en août, mais a déclaré qu’il ne contenait pas d’armes nucléaires.
Le comité n’a pris aucune mesure pendant qu’il recueillait des informations pour les propositions budgétaires fédérales à venir.
« Si les États-Unis veulent vraiment diriger une mission humaine sur Mars, nous n’avons pas de temps à perdre », a déclaré le représentant américain Don Beyer, un démocrate de Virginie, qui préside le comité.
« Le Congrès a donné la priorité au développement de la propulsion spatiale nucléaire au cours des dernières années, allouant environ 100 millions de dollars par an à la NASA pour développer des capacités de propulsion thermonucléaire dans le but de futurs essais en vol spatial », a déclaré Beyer.
La NASA et le ministère de l’Énergie ont attribué 5 millions de dollars à trois entreprises en juillet pour produire un modèle de réacteur spatial à propulsion nucléaire. Les responsables de la NASA ont déclaré qu’un financement supplémentaire était nécessaire, bien que les responsables de l’agence n’aient pas discuté des montants en dollars mercredi.
La clé du développement de tels moteurs nucléaires est d’identifier ou de développer des matériaux capables de résister à la chaleur et à l’exposition, a déclaré Roger Myers, qui préside le Comité des moteurs nucléaires spatiaux pour les Académies nationales des sciences, de l’ingénierie et de la médecine.
Risques associés [nuclear propulsion] présentent un défi fondamental pour le matériel qui, selon nous, est très susceptible d’être résolu », a déclaré Myers lors de l’audience.
Le représentant américain Ed Perlmutter, un démocrate de Colo, s’est demandé s’il y avait des « limitations scientifiques fondamentales » à un vol habité vers Mars d’ici 2033, ou s’il ne s’agissait que du Congrès d’affecter des fonds pour développer la technologie.
Lall a déclaré que la NASA peut surmonter les défis d’une mission humaine sur Mars compte tenu des ressources, mais la méthode de propulsion pour un vaisseau spatial comme celui-ci n’est qu’un problème auquel la NASA est souvent confrontée.
« Le transport dans l’espace lointain n’est qu’une pièce pour se rendre sur Mars », a déclaré Lal. « Nous y avons installé de petits véhicules, mais les vaisseaux spatiaux transportant des humains seront beaucoup plus gros. » « Nous devons également nous assurer que les systèmes de contrôle de l’environnement et de survie peuvent continuer [astronauts] Vivre deux à trois ans. »
Les scientifiques dirigés par Peter Zoller ont développé un nouvel outil pour mesurer l’intrication dans de nombreux systèmes corporels et l’ont démontré expérimentalement. Cette méthode permet d’étudier des phénomènes physiques auparavant inaccessibles et peut contribuer à une meilleure compréhension des matériaux quantiques. Le travail a maintenant été publié dans la revue Nature.
L’intrication est un phénomène quantique dans lequel les propriétés de deux ou plusieurs particules sont interconnectées de telle manière qu’un état spécifique ne peut plus être attribué à chaque particule individuelle. Nous devons plutôt prendre en compte toutes les particules qui participent simultanément à un certain état. L’enchevêtrement des molécules détermine en fin de compte les propriétés de la matière.
« L’intrication de nombreuses particules est la caractéristique qui fait la différence », souligne Christian Kocail, l’un des premiers auteurs de cet article publié dans Nature. « Mais en même temps, c’est très difficile à déterminer. » Les chercheurs dirigés par Peter Zoller de l’Université d’Innsbruck et de l’Institut d’optique quantique et d’information quantique (IQOQI) de l’Académie autrichienne des sciences (ÖAW) présentent désormais une nouvelle approche qui pourrait améliorer considérablement l’étude et la compréhension de l’intrication dans les matériaux quantiques. . Afin de décrire de grands systèmes quantiques et d’en extraire des informations sur l’intrication existante, il faudrait naïvement effectuer un nombre incroyablement grand de mesures. « Nous avons développé une description plus efficace, qui nous permet d’extraire des informations d’intrication du système avec des mesures beaucoup plus petites », explique le physicien théoricien Rijk van Beijnen.
Dans une simulation quantique d’un piège à ions contenant 51 particules, les scientifiques ont imité la matière réelle en la recréant particule par particule et en l’étudiant dans un environnement de laboratoire contrôlé. Très peu de groupes de recherche dans le monde disposent du contrôle nécessaire sur autant de particules que les physiciens expérimentateurs d’Innsbruck dirigés par Christian Ross et Rainer Platt. « Le principal défi technique auquel nous sommes confrontés ici est de savoir comment maintenir de faibles taux d’erreur tout en contrôlant les 51 ions piégés dans notre piège et en garantissant la faisabilité du contrôle des qubits et des lectures individuels », explique l’expérimentateur Manoj Joshi. Ce faisant, les scientifiques ont été témoins pour la première fois d’effets expérimentaux qui n’avaient été décrits auparavant que théoriquement. « Ici, nous avons combiné les connaissances et les méthodes sur lesquelles nous avons travaillé ensemble minutieusement au cours des dernières années. Il est impressionnant de voir que l’on peut faire ces choses avec les ressources disponibles aujourd’hui. «
Dans la matière quantique, les particules peuvent être intriquées avec une force plus ou moins grande. Les mesures sur des particules fortement intriquées ne donnent que des résultats aléatoires. Si les résultats des mesures sont très variables, c’est-à-dire s’ils sont purement aléatoires, les scientifiques parlent de « chaud ». Si la probabilité d’un certain résultat augmente, il s’agit d’un objet quantique « froid ». Seule la mesure de tous les objets enchevêtrés révèle l’état exact. Dans les systèmes constitués d’un très grand nombre de molécules, l’effort de mesure augmente considérablement. La théorie quantique des champs prédit que les sous-régions d’un système constitué de nombreuses particules enchevêtrées peuvent se voir attribuer un profil de température. Ces caractéristiques peuvent être utilisées pour extraire le degré d’enchevêtrement des particules.
Dans le simulateur quantique d’Innsbruck, ces profils de température sont déterminés via une boucle de rétroaction entre l’ordinateur et le système quantique, où l’ordinateur génère constamment de nouveaux profils et les compare aux mesures réelles de l’expérience. Les profils de température obtenus par les chercheurs montrent que les particules qui interagissent fortement avec l’environnement sont « chaudes » et celles qui interagissent peu sont « froides ». « Cela correspond tout à fait à l’idée selon laquelle l’intrication est particulièrement importante lorsque l’interaction entre les particules est forte », explique Christian Kocail.
Ouvrir les portes à de nouveaux domaines de la physique
« Les méthodes que nous avons développées constituent un outil puissant pour étudier l’intrication à grande échelle dans la matière quantique cohérente. Cela ouvre la porte à l’étude d’une nouvelle classe de phénomènes physiques à l’aide de simulateurs quantiques déjà disponibles aujourd’hui. » « Avec les ordinateurs classiques, de telles simulations ne peuvent plus être calculées avec un effort raisonnable. » Les méthodes développées à Innsbruck seront également utilisées pour tester de nouvelles théories sur de telles plates-formes.
Générer de la vie à partir d’une soupe biologique est un travail complexe. Il faut une multitude d’ingrédients, tous réunis au même endroit, dans de bonnes conditions.
Bien que les termes exacts puissent encore être débattus, nous avons une bonne idée des éléments requis dans le tableau périodique.
Un composant important – le phosphore – vient d’être découvert les abords de la Voie Lactée ; L’un des derniers endroits où les scientifiques s’attendaient à le voir. En effet, les types d’étoiles massives responsables de la création du phosphore n’existent généralement pas.
« Pour fabriquer du phosphore, il faut une sorte d’événement violent. » dit l’astronome et chimiste Lucy Zuiris Université d’État de l’Arizona et Observatoire Steward. « On pense que le phosphore apparaît dans les explosions de supernova, c’est pourquoi il faut une étoile ayant au moins 20 fois la masse du Soleil. »
C’est en tout cas ce que dit la sagesse conventionnelle. La découverte de phosphore loin de toute étoile massive ou reste de supernova suggère qu’il pourrait y avoir d’autres moyens de créer cet élément crucial à la vie.
Presque tous les objets que vous voyez autour de vous sont constitués d’étoiles. Lorsque les premiers atomes de l’univers sont issus du plasma primordial, ils prenaient principalement la forme d’hydrogène et d’un peu d’hélium ; Toutes les autres choses ne sont arrivées que lorsque les étoiles sont arrivées. Ces magnifiques orbes de feu et de fureur sont plus que de simples lumières dans l’obscurité veloutée ; Ce sont des machines à briser les atomes, fusionnant des éléments en leur noyau pour construire des éléments plus lourds.
Mais les éléments produits par une étoile dépendent de sa masse. Des étoiles de la taille de notre soleil et plus petites Faciliter les réactions de fusion Qui construit des éléments légers comme le lithium et le béryllium tout en fusionnant l’hydrogène et l’hélium. Une autre forme de fusion Cela peut se produire dans des étoiles beaucoup plus grandes qui peuvent donner naissance à des éléments tels que l’oxygène et l’azote.
Le phosphore ne fait pas partie de la série des fusions stellaires ; Mais une façon connue de les former est lors des explosions de supernova.
Les explosions de supernova présentent un autre avantage, qui n’arrive qu’aux étoiles de masse élevée : elles projettent des éléments dans l’espace, ensemençant le milieu interstellaire avec des composants lourds qui sont absorbés par les nouvelles générations d’étoiles, et d’autres choses comme les comètes et les planètes.
Mais les étoiles massives ne peuvent se former que dans les régions où il y a suffisamment de matière pour les nourrir. La matière devient moins dense à mesure que l’on s’éloigne du centre de la galaxie, on ne s’attend donc pas à ce que des étoiles massives se forment à la périphérie de la galaxie. Cela fait de la découverte du phosphore dans un nuage connu sous le nom de WB89-621, à environ 74 000 années-lumière du cœur de la Voie lactée, un mystère majeur.
« Le phosphore que nous avons découvert se trouve aux confins de la galaxie, là où il ne devrait pas se trouver. » dit la chimiste Lilia Kulimai De l’Université d’État de l’Arizona. « Cela signifie qu’il doit y avoir un autre moyen de produire du phosphore. »
Il y a deux explications principales. L’un est Fontaine Galaxie. Ce modèle propose que les éléments soient transportés des régions intérieures de la galaxie vers les régions extérieures par des explosions de supernova qui poussent la matière du disque galactique vers le halo, où elle se refroidit et précipite à nouveau.
Les chercheurs disent que cela est peu probable ; Il existe peu de preuves d’observation concernant les geysers galactiques, et de toute façon, ils ne transporteraient pas de matériaux aussi loin.
Mais il y a une autre possibilité. Il y a quelques années, les astronomes ont découvert que des étoiles moins massives pouvaient Production de phosphore, aussi. Pas lors d’une explosion, mais dans la zone entourant immédiatement son centre grâce à un processus connu sous le nom de capture de neutrons. Là, les isotopes du silicium peuvent piéger des neutrons supplémentaires pour former du phosphore.
La découverte de phosphore loin de la source de toute supernova suggère que ce modèle pourrait avoir quelque chose à voir.
C’est une nouvelle vraiment passionnante, car le phosphore est la dernière chose appelée Nachoups Les éléments – azote, carbone, hydrogène, oxygène, phosphore et soufre – seront situés à la périphérie de la galaxie.
« Pour qu’une planète soit habitable telle que nous la connaissons, elle doit contenir tous les éléments de NCHOPS, et leur présence définit la zone habitable de la galaxie. » Zeuris dit. « Et avec notre découverte du phosphore, ils se trouvent désormais tous aux confins de la galaxie, la zone habitable s’étendant jusqu’à la périphérie de la galaxie. »
Les astronomes n’ont pas pris en compte les limites de la galaxie dans leur recherche de vie extrasolaire parce qu’ils pensaient qu’il n’y avait pas assez de phosphore là-bas. Cette découverte signifie que nous pouvons élargir la portée de la recherche.
« Nous espérons que la découverte du phosphore aux confins de la galaxie stimulera l’étude des exoplanètes lointaines. » dit la chimiste Catherine Gould De l’Université d’État de l’Arizona.
le L’icône indique un accès gratuit aux recherches liées sur JSTOR.
Le soleil est une boule géante de plasma. Les températures en son cœur dépassent les 10 millions de degrés Celsius et chutent jusqu’à environ 5 500 degrés Celsius à la surface. La densité au cœur du soleil est très intense, atteignant plus de 20 fois la densité du fer solide. Mais cela diminue également considérablement à mesure que vous remontez du noyau vers la surface.
Ces faits en eux-mêmes sont assez étonnants, mais ce qui est encore plus étonnant, c’est la façon dont nous les connaissons. Comment les scientifiques peuvent-ils savoir quoi que ce soit sur l’intérieur du Soleil, alors que la seule lumière que nous voyons provient de sa surface ? La réponse à cette question se présente sous la forme de ce que l’on appelle : Sismologie solaire.
Comment les tremblements de terre propagent la compréhension
Ici sur Terre, les secousses du sol sont une expérience effrayante, mais elles ouvrent également la voie à la science fondamentale. Chaque tremblement de terre permet aux géophysiciens de voir profondément notre planète. Cette vision vient grâce aux puissantes vagues créées par chaque tremblement de terre. Un tremblement de terre pousse les ondes en un seul endroit et elles apparaissent sous la forme de petites secousses dans des endroits éloignés de leur source. Utiliser SismographesLes géophysiciens peuvent Enregistrez ces vibrations du solCes données sont ensuite analysées à l’aide d’équations de physique mathématique liées à la propagation des ondes.
De cette manière, les géophysiciens peuvent faire deux choses. Premièrement, ils peuvent retracer le chemin emprunté par les vagues à travers la Terre. Ensuite, en revenant sur ces trajectoires, ils peuvent reconstruire les propriétés des couches intérieures de la Terre. Les trajectoires des ondes peuvent être inversées, dans un sens, pour révéler la structure de ces couches internes. C’est de la sismologie, et elle nous permet de cartographier la structure interne de notre planète. Les astronomes ont commencé à utiliser une technique similaire pour étudier le Soleil il y a plusieurs décennies, ce qui a déclenché une révolution dans notre compréhension des étoiles.
Dans les années 1960, des télescopes ont montré que la surface du Soleil oscillait pendant une période distincte de cinq minutes. La surface s’est élevée, ce que les scientifiques ont découvert comme étant un Doppler Devenu bleu Dans sa lumière. Ceci a été suivi d’un Doppler Redshift La surface du soleil est également tombée à nouveau. Finalement, les astronomes ont réalisé que ces oscillations provenaient d’ondes se propageant à l’intérieur du Soleil. En se réfléchissant constamment autour de la boule de plasma géante, ces ondes produisaient des oscillations à la surface solaire.
Grâce à cette reconnaissance, les astronomes ont pu appliquer à notre étoile les mêmes techniques que les géophysiciens appliquent à notre planète, et l’héliosismologie est née. Le même processus de suivi de la propagation interne des ondes basé sur ce qui est observé à la surface a permis aux physiciens solaires de cartographier l’intérieur du Soleil.
Une partie importante de cette histoire réside dans la manière dont l’héliosismologie nécessite une surveillance constante de la surface du Soleil. Les vibrations peuvent durer cinq minutes, mais elles doivent être observées sans interruption, et sur toute la surface en même temps. Or, la Terre – et les grands télescopes qui lui sont associés – tournent sur son axe toutes les 24 heures. Comment surveiller le soleil en permanence ?
Les astronomes ont relevé ce défi pour la première fois en créant… Groupe du réseau mondial d’oscillations. GONG a tiré parti des télescopes existants dans le monde entier. Le chronométrage guidé par ordinateur a permis aux membres de l’équipe de passer des tâches d’observation d’un observatoire à un autre alors que le jour se transformait en nuit sur chaque site. Le réseau a lu les oscillations de surface avec une telle précision qu’il a rapidement cartographié tout l’intérieur du Soleil.
Ce qui fonctionne pour le soleil fonctionne également pour les étoiles lointaines. succès Sismologie solaire conduit à Astrosismologie. Les astronomes sont devenus très intelligents dans l’utilisation des décalages Doppler dans la puissance lumineuse d’une étoile. Grâce à l’astrosismologie, les astronomes peuvent apprendre notamment quels types de processus de fusion se produisent à l’intérieur des étoiles, et ils peuvent déterminer si l’hydrogène brûle dans l’atmosphère entourant les étoiles ou si l’hélium y fusionne activement. Ce n’est qu’une application de l’astrosismologie. Il y en a bien d’autres.
Donc les tremblements d’étoiles se produisent– Un phénomène très similaire aux tremblements de terre. La grande différence est que, comme les étoiles sont constituées de plasma, un type de fluide, elles sonnent toujours. Grâce à cette résonance, les astronomes ont trouvé un moyen de lire leurs secrets.
Par : J. W. Harvey, F. Hill, RB Hubbard, J. R. Kennedy, J. W. Leibacher, JA Pintar, P. A. Gilman, RW Noyes, A. M. Tittle, J. Tomery, RK Ulrich, A. Bhatnagar, J.A. Kennewell, W. Marquette, J. Patron, O.S.A. et E. Yasukawa
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Association américaine pour l’avancement de la science
Par : L. Hendricks et C. Aerts
Publications de la Société Astronomique du Pacifique, Vol. 131, n° 1004 (novembre 2019), pp. 1-21
Société astronomique du Pacifique
Écrit par : Clara Moskowitz
Américain scientifique, Vol. 309, n° 6 (décembre 2013), p. 24-25
Scientific American, une division de Nature America, Inc.
