الفلك

الهيدروجين والأكسجين في الفضاء

الهيدروجين والأكسجين في الفضاء



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.

تخبرنا الكيمياء أنه عند خلط الهيدروجين والأكسجين تكون النتيجة انفجارًا وماء.

سؤالي هو: هل هذا يحدث على نطاق فلكي؟ على سبيل المثال ، هل لاحظوا يومًا ما اصطدام سحابة هيدروجين بحجم الكوكب بسحابة أكسجين بحجم الكوكب لتنتج انفجارًا هائلاً ويتحول الكوكب إلى الماء؟


يتفاعل الهيدروجين والأكسجين فقط عندما يكون هناك طاقة كافية. على سبيل المثال ، درجة حرارة الاشتعال الذاتي للهيدروجين عند 1 جو هي 536 درجة مئوية. هذا هو السبب في أنه يمكنك إجراء تلك التجربة مع مزيج الهيدروجين والأكسجين في بالون ، والذي ينفجر فقط عندما تلمس البالون باستدقاق مشتق.

الفضاء بارد. السحب الجزيئية لها درجات حرارة تقدر بعشرات درجات كلفن. في حالة نادرة (إن لم تكن مستحيلة) وجود سحابة جزيئية من الأكسجين النقي ، وواجهت سحابة جزيئية من الهيدروجين ، فلن تكون هناك طاقة كافية للانفجار.


في حين أن كرة الأكسجين من الغاز غير ممكنة ، فمن الممكن وجود جو غني بالأكسجين على كوكب ما ، من خلال عملية التمثيل الضوئي. الأرض على سبيل المثال. من الممكن أيضًا وجود كوكب غني بالهيدروجين (كوكب المشتري أو زحل) ، وكذلك الغلاف الجوي الغني بالميثان (تيتان).

إذا اصطدم جسمان من هذا القبيل ، فمن المحتمل أن ترى لهبًا هائلاً بسبب عملية احتراق الأكسجين والوقود. ومع ذلك ، فإن تأثير الجاذبية من شأنه أن يولد طاقة أكثر بكثير من أي احتراق كيميائي. إذا كنت ستصطدم كوكبين بأغلفة جوية يمكن أن تحترق معًا ، فأنا لست متأكدًا من أنه سيحدث فرقًا كبيرًا عن كوكبين يتحدان مع الغلاف الجوي الذي لن يحترق. التأثير هو ما سيبرز.


يمكن لمستعمري المريخ الحصول على الوقود والأكسجين من الماء على الكوكب الأحمر

توصلت دراسة جديدة إلى أن المستعمرين على المريخ يمكن أن يولدوا يومًا ما الوقود والأكسجين من المياه المالحة على الكوكب الأحمر.

قال الباحثون إن التكنولوجيا الجديدة وراء هذا التقدم يمكن أن تساعد الغواصات أيضًا على توليد الأكسجين من مياه البحر على الأرض.

من أجل العيش على المريخ ، سيحتاج أي مستعمر محتمل إلى الأكسجين للتنفس والوقود مثل غاز الهيدروجين لتشغيل معداتهم. وبالتالي فإن أي مياه يجدونها على الكوكب الأحمر لا تقدر بثمن ، حيث يمكنهم استخدام الكهرباء وطرق أخرى لتفكيك المياه إلى كل من الهيدروجين والأكسجين.

"المريخ طريق طويل للخروج من هناك ، ونحن مقيدون بكمية الأشياء التي يمكننا إحضارها معنا ، لذلك إذا تمكنا من استخدام الموارد الموجودة بالفعل هناك ، فهذا أكثر اقتصادا وأكثر قابلية للتطبيق من الاضطرار إلى حمل كل شيء معنا ،" دراسة قال المؤلف الكبير فيجاي راماني ، وهو مهندس كيميائي في جامعة واشنطن في سانت لويس ، لموقع ProfoundSpace.org.

وجدت الأبحاث السابقة أن المريخ يمتلك كميات كبيرة من الجليد ، كما وجد مسبار فينكس التابع لوكالة ناسا علامات على أن سهول القطب الشمالي للكوكب كانت مغطاة بغشاء من الماء السائل في الملايين القليلة الماضية. اكتشف فينيكس أيضًا مركبات تُعرف باسم البيركلورات في تربة المريخ ، والتي يمكن أن تعمل كمضاد للتجمد ، وتخفض درجة تجمد الماء إلى ما بعد درجة حرارته الطبيعية.

نظرًا لأن المحاليل الملحية التي تحتوي على الماء والبيركلورات قد تظل سائلة حتى في درجات الحرارة الباردة الموجودة على سطح المريخ ، فقد أراد راماني وزملاؤه معرفة ما إذا كان بإمكانهم استخدام تقنية تُعرف باسم التحليل الكهربائي لتقسيم جزيئات الماء لتكوين الهيدروجين والأكسجين باستخدام الكهرباء. (يبلغ متوسط ​​درجة الحرارة السنوية على المريخ 81.4 درجة فهرنهايت تحت الصفر ، أو 63 درجة مئوية تحت الصفر ، على الرغم من أنها قد تختلف بأكثر من 212 درجة فهرنهايت ، أو 100 درجة مئوية ، على مدار اليوم).

وقال راماني: "التحليل الكهربائي معروف منذ حوالي 100 عام أو أكثر ، لكنه في الغالب يستخدم المياه النقية كغذاء".

في عمل سابق ، طور راماني وزملاؤه مواد تعرف باسم المحفزات الكهربية لروثينات الرصاص البيركلورية التي يمكن أن تساعدهم في التحليل الكهربائي لمياه البحر. في الدراسة الجديدة ، كشفت تجاربهم أن هذه المحفزات يمكن أن تساعد في تحليل المحاليل الملحية من البيركلورات ، وتوليد الهيدروجين والأكسجين النقيين للغاية في درجات الحرارة المنخفضة للغاية الموجودة على سطح المريخ.

وقال راماني "يمكننا استخلاص الأكسجين من أجل التنفس والهيدروجين للوقود باستخدام المواد الموجودة على المريخ نفسه ، المياه المالحة المعروفة الآن بوجودها هناك." "لا يتعين بالضرورة على البعثات المستقبلية نقل هذه المكونات إلى المريخ ، ولكن يجب وضعها في الموقع باستخدام تكنولوجيا مثل تقنياتنا."

هناك حاجة إلى بعض الكهرباء لدفع هذه التفاعلات الكيميائية. وأشار راماني إلى أنه على كوكب المريخ ، من المرجح أن تأتي هذه الكهرباء من خلايا الطاقة الشمسية.

في السابق ، أظهرت تجربة استخدام موارد الأكسجين في الموقع (MOXIE) لمركبة المريخ المريخ التابعة لوكالة ناسا أن بإمكانها استخدام الكهرباء لتحطيم ثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين وأول أكسيد الكربون. قال الباحثون إنه للحصول على نفس كمية الطاقة مثل MOXIE ، يمكن للدراسة الجديدة أن تولد 25 ضعفًا من الأكسجين أو أكثر ، ولن تولد أي أول أكسيد الكربون السام للتشغيل.

قال راماني: "عندما نتحدث عن استكشاف الفضاء أو سطح القمر أو المريخ ، فهي ليست مجرد تقنية واحدة مستخدمة - فهي ليست مجرد رصاصة فضية واحدة تحل جميع المشكلات". "ستكون هناك حاجة إلى مجموعة من التقنيات للعمل بالتوازي مع بعضها البعض لتسهيل الحياة على المريخ ، ونأمل أن تكون تقنياتنا واحدة منها."

وأشار العلماء إلى أن هذا يمكن أن يساعد ناسا على الوفاء بمهمتها الحالية للهبوط بالبشر على المريخ بحلول منتصف عام 2030. وقال راماني: "نأمل أن نتمكن من اهتمام ناسا بمحاولة توسيع نطاق هذه التكنولوجيا وزيادة تحسين أدائها ، وفي العروض التوضيحية في المنشآت التي تحاكي بيئة المريخ".

قد تجد مثل هذه المحفزات الكهربائية استخدامًا على الأرض أيضًا. قال راماني: "إذا كنت في غواصة حيث يوجد أكسجين محدود وهناك مياه مالحة من حولك ، فيمكنك شفط بعض المياه المالحة وتقسيمها للحصول على أكسجين جديد". "في البحرية الأمريكية ، تعمل معظم الغواصات بالطاقة النووية ، لذلك لا يوجد نقص في الكهرباء. للتطبيقات على الأرض ، يمكنك أيضًا تقسيم المياه المالحة لتوليد وقود الهيدروجين."

قام العلماء بتفصيل النتائج التي توصلوا إليها على الإنترنت في 30 نوفمبر في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

تابع تشارلز كيو تشوي على تويترcqchoi. تابعنا على TwitterSpacedotcom وعلى Facebook.


يؤدي إدخال شرارة إلى الخليط إلى ارتفاع درجات الحرارة بين بعض جزيئات الهيدروجين والأكسجين. تنتقل الجزيئات في درجات حرارة أعلى بشكل أسرع وتصطدم بمزيد من الطاقة. إذا وصلت طاقات التصادم إلى الحد الأدنى من طاقة التنشيط الكافية "لكسر" الروابط بين المواد المتفاعلة ، يتبع ذلك تفاعل بين الهيدروجين والأكسجين. نظرًا لأن الهيدروجين يحتوي على طاقة تنشيط منخفضة ، فلا يلزم سوى شرارة صغيرة لتحفيز التفاعل مع الأكسجين.

مثل جميع أنواع الوقود ، تكون المواد المتفاعلة ، في هذه الحالة الهيدروجين والأكسجين ، عند مستوى طاقة أعلى من نواتج التفاعل. ينتج عن هذا الإطلاق الصافي للطاقة من التفاعل ، وهذا ما يُعرف بالتفاعل الطارد للحرارة. بعد تفاعل مجموعة واحدة من جزيئات الهيدروجين والأكسجين ، تحفز الطاقة المنبعثة الجزيئات الموجودة في الخليط المحيط على التفاعل ، مما يطلق المزيد من الطاقة. والنتيجة تفاعل سريع انفجاري يطلق الطاقة بسرعة على شكل حرارة وضوء وصوت.


دراسة: قد تعيش الحياة وتزدهر في عالم الهيدروجين

مع وميض تلسكوبات جديدة وأكثر قوة في السنوات القليلة المقبلة ، سيكون علماء الفلك قادرين على توجيه المجسمات الضخمة إلى الكواكب الخارجية القريبة ، والتحديق في غلافها الجوي لفك تشفير تركيبها والبحث عن علامات على وجود حياة خارج كوكب الأرض. لكن تخيل لو أننا ، في بحثنا ، واجهنا كائنات فضائية لكننا فشلنا في التعرف عليها على أنها حياة حقيقية.

هذا احتمال يأمل علماء الفلك مثل سارة سيجر في تجنبه. Seager ، أستاذ علوم الكواكب والفيزياء والملاحة الجوية وعلوم الفضاء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من دفعة عام 1941 ، يتطلع إلى أبعد من نظرة "الأرض المركزية" للحياة ويضع شبكة أوسع لأنواع البيئات التي قد تكون صالحة للسكن خارج بيئتنا.

في ورقة نشرت اليوم في المجلة علم الفلك الطبيعيلاحظت هي وزملاؤها في الدراسات المختبرية أن الميكروبات يمكن أن تعيش وتزدهر في الأجواء التي يسيطر عليها الهيدروجين - وهي بيئة تختلف اختلافًا كبيرًا عن الغلاف الجوي الغني بالنيتروجين والأكسجين.

الهيدروجين غاز أخف بكثير من غاز النيتروجين أو الأكسجين ، والغلاف الجوي الغني بالهيدروجين يمكن أن يمتد بعيدًا عن كوكب صخري. وبالتالي يمكن رصدها ودراستها بسهولة أكبر بواسطة التلسكوبات القوية ، مقارنة بالكواكب ذات الغلاف الجوي الأكثر إحكاما والأرض.

تظهر نتائج Seager أن أشكال الحياة البسيطة قد تسكن الكواكب ذات الأغلفة الجوية الغنية بالهيدروجين ، مما يشير إلى أنه بمجرد بدء تشغيل تلسكوبات الجيل التالي مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا ، قد يرغب علماء الفلك في البحث أولاً عن الكواكب الخارجية التي يهيمن عليها الهيدروجين بحثًا عن علامات الحياة.

يقول سيجر: "هناك مجموعة متنوعة من العوالم الصالحة للسكن هناك ، وقد أكدنا أن الحياة على الأرض يمكن أن تعيش في أجواء غنية بالهيدروجين". "يجب علينا بالتأكيد إضافة تلك الأنواع من الكواكب إلى قائمة الخيارات عند التفكير في الحياة في عوالم أخرى ، ومحاولة العثور عليها بالفعل."

المؤلفون المشاركون في MIT من Seager على الورقة هم Jingcheng Huang و Janusz Petkowski و Mihkel Pajusalu.

جو متطور

في بدايات الأرض ، منذ مليارات السنين ، بدا الغلاف الجوي مختلفًا تمامًا عن الهواء الذي نتنفسه اليوم. كان الكوكب الرضيع لم يستضيف الأكسجين بعد ، وكان يتألف من حساء من الغازات ، بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون والميثان وجزء صغير جدًا من الهيدروجين. بقي غاز الهيدروجين في الغلاف الجوي لمليارات السنين على الأرجح ، حتى ما يُعرف باسم حدث الأكسدة العظيم ، والتراكم التدريجي للأكسجين.

تستهلك سلالات معينة من الكائنات الدقيقة القديمة الكمية الصغيرة من الهيدروجين المتبقية اليوم ، بما في ذلك الميثانوجينات - الكائنات الحية التي تعيش في المناخات القاسية مثل أعماق الجليد ، أو داخل التربة الصحراوية ، وتلتهم الهيدروجين ، جنبًا إلى جنب مع ثاني أكسيد الكربون ، لإنتاج الميثان .

يدرس العلماء بشكل روتيني نشاط الميثانوجينات المزروعة في ظروف معملية بنسبة 80 في المائة من الهيدروجين. ولكن هناك عدد قليل جدًا من الدراسات التي تستكشف مدى تحمل الميكروبات الأخرى للبيئات الغنية بالهيدروجين.

يقول سيجر: "أردنا أن نثبت أن الحياة تعيش ويمكن أن تنمو في جو من الهيدروجين".

فراغ رأس الهيدروجين

أخذ الفريق إلى المختبر لدراسة جدوى نوعين من الميكروبات في بيئة 100٪ من الهيدروجين. الكائنات الحية التي اختاروها كانت البكتيريا الإشريكية القولونية، بدائيات النوى البسيطة ، والخميرة ، حقيقيات النوى الأكثر تعقيدًا ، والتي لم يتم دراستها في البيئات التي يهيمن عليها الهيدروجين.

كلا الميكروبات عبارة عن كائنات نموذجية قياسية درسها العلماء منذ فترة طويلة وتميزوا بها ، مما ساعد الباحثين على تصميم تجربتهم وفهم نتائجهم. ما هو أكثر من ذلك ، بكتريا قولونية يمكن أن تعيش الخميرة مع الأكسجين وبدونه - وهي فائدة للباحثين ، حيث يمكنهم إعداد تجاربهم مع أي من الكائنات الحية في الهواء الطلق قبل نقلها إلى بيئة غنية بالهيدروجين.

في تجاربهم ، قاموا بتنمية مزارع الخميرة و بكتريا قولونية، ثم حقنت الثقافات بالميكروبات في زجاجات منفصلة مملوءة بـ "المرق" أو الثقافة الغنية بالمغذيات التي يمكن أن تتغذى عليها الميكروبات. ثم قاموا بعد ذلك بطرد الهواء الغني بالأكسجين في الزجاجات وملء "فراغ الرأس" المتبقي بغاز معين مهم ، مثل غاز بنسبة 100٪ من الهيدروجين. ثم وضعوا الزجاجات في حاضنة ، حيث تم رجها برفق وباستمرار لتعزيز الاختلاط بين الميكروبات والعناصر الغذائية.

كل ساعة ، يجمع عضو الفريق عينات من كل زجاجة ويحصي الميكروبات الحية. استمروا في أخذ العينات لمدة تصل إلى 80 ساعة. مثلت نتائجهم منحنى نمو كلاسيكي: في بداية التجربة ، نمت الميكروبات بسرعة من حيث العدد ، وتغذت بالمغذيات وقطعت الثقافة. في النهاية ، استقر عدد الميكروبات. كان السكان ، الذين لا يزالون مزدهرون ، مستقرين ، حيث استمرت الميكروبات الجديدة في النمو ، لتحل محل تلك التي ماتت.

يقر Seager بأن علماء الأحياء لا يجدون النتائج مفاجئة. بعد كل شيء ، الهيدروجين غاز غير ضار ، وبالتالي فهو ليس سامًا بطبيعته للكائنات الحية.

يقول سيجر: "ليس الأمر كما لو أننا ملأنا فراغ الرأس بالسم". "لكن الرؤية هي تصديق ، أليس كذلك؟ إذا لم يدرسها أحد من قبل ، وخاصة حقيقيات النوى ، في بيئة يهيمن عليها الهيدروجين ، فأنت تريد إجراء التجربة لتصديقها ".

كما أوضحت أن التجربة لم تكن مصممة لإظهار ما إذا كان بإمكان الميكروبات الاعتماد على الهيدروجين كمصدر للطاقة. بدلاً من ذلك ، كانت النقطة أكثر لإثبات أن الغلاف الجوي للهيدروجين بنسبة 100 في المائة لن يضر أو ​​يقتل أشكالًا معينة من الحياة.

يقول سيجر ، الذي يأمل في أن تشجع الدراسة الحديث المتبادل بين علماء الفلك وعلماء الأحياء ، لا سيما البحث عن الكواكب الصالحة للحياة والحياة خارج كوكب الأرض ، "لا أعتقد أنه لم يخطر ببال علماء الفلك إمكانية وجود حياة في بيئة هيدروجينية" ، تصعد.

عالم الهيدروجين

علماء الفلك غير قادرين تمامًا على دراسة الغلاف الجوي للكواكب الخارجية الصخرية الصغيرة باستخدام الأدوات المتاحة اليوم. الكواكب الصخرية القليلة القريبة التي قاموا بفحصها إما تفتقر إلى الغلاف الجوي أو قد تكون صغيرة جدًا بحيث لا يمكن اكتشافها باستخدام التلسكوبات المتاحة حاليًا. وبينما افترض العلماء أن الكواكب يجب أن تحتوي على أجواء غنية بالهيدروجين ، فلا يوجد تلسكوب يعمل لديه الدقة في اكتشافها.

ولكن إذا اختارت مراصد الجيل التالي مثل هذه العوالم الأرضية التي يهيمن عليها الهيدروجين ، فإن نتائج سيجر تظهر أن هناك فرصة لتزدهر الحياة بداخلها.

أما بالنسبة للشكل الذي سيبدو عليه الكوكب الصخري الغني بالهيدروجين ، فإنها تستحضر مقارنة مع أعلى قمة على الأرض ، جبل. قمة افرست. ينفد الهواء من المتنزهين الذين يحاولون الصعود إلى القمة ، نظرًا لحقيقة أن كثافة جميع الأجواء تتناقص بشكل كبير مع الارتفاع ، وبناءً على المسافة الفاصلة للغلاف الجوي الذي يهيمن عليه النيتروجين والأكسجين. إذا كان المتجول يتسلق جبل إيفرست في جو يهيمن عليه الهيدروجين - وهو غاز أخف 14 مرة من النيتروجين - فستكون قادرة على الصعود إلى أعلى 14 مرة قبل نفاد الهواء.

يشرح سيجر قائلاً: "من الصعب نوعًا ما أن تدور حولك ، لكن هذا الغاز الخفيف يجعل الغلاف الجوي أكثر اتساعًا". "وبالنسبة للتلسكوبات ، كلما كان الغلاف الجوي أكبر مقارنة بخلفية نجم كوكب ما ، كان من الأسهل اكتشافه."

إذا حصل العلماء على فرصة لتجربة مثل هذا الكوكب الغني بالهيدروجين ، يتخيل سيجر أنهم قد يكتشفون سطحًا مختلفًا ، ولكن لا يمكن التعرف عليه من كوكبنا.

"نتخيل أنه إذا قمت بالبحث في السطح ، فمن المحتمل أن يحتوي على معادن غنية بالهيدروجين بدلاً من ما نسميه المعادن المؤكسدة ، وكذلك المحيطات ، حيث نعتقد أن كل أشكال الحياة تحتاج إلى سائل من نوع ما ، وربما لا يزال بإمكانك رؤية سماء زرقاء ، "يقول سيجر. "لم نفكر في النظام البيئي بأكمله. لكن ليس بالضرورة أن يكون عالما مختلفا ".

تم توفير التمويل الأولي لمؤسسة تمبلتون ، وتم تمويل البحث جزئيًا من قبل برنامج منحة أبحاث الأستاذ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا Amar G. Bose.


يمكن أن ينتشر الجليد في & # x27cold traps & # x27 عند القطبين

لحسن الحظ ، تشير الدراسة الجديدة الثانية إلى أن المناطق التي يمكن أن يحبس فيها الماء كجليد حول القطبين هي أكثر وفرة ويمكن الوصول إليها مما كان يعتقد سابقًا.

& quot ؛ ما أظهروه في تلك الورقة هو أنه بمجرد أن تتجاوز 80 درجة شمالًا أو جنوبًا ، باتجاه القطبين ، هناك & # x27s خزان محتمل هائل من الجليد ، & quot؛ قال الدكتور O & # x27Neill.

قام فريق بقيادة Paul Hayne من جامعة كولورادو بتصميم نموذج لسطح Moon & # x27s وحدد بلايين من الفخاخ الصغيرة & quot ؛ مثل: الظلال المتجمدة حيث يمكن أن يكون الجليد مستقرًا لمليارات السنين.

تشير أبحاثهم ، استنادًا إلى بيانات من NASA & # x27s Lunar Reconnaissance Orbiter ، إلى أن حوالي 40.000 كيلومتر مربع من سطح القمر عند القطبين لديها القدرة على حبس المياه.

وقال الدكتور هاين "وجدنا أن هناك عشرات المليارات من الفخاخ الباردة التي يبلغ حجمها حوالي سنتيمتر واحد على سطح القمر".

نظرًا لوجودها في كل مكان ، قد يكون الوصول إلى هذه المصائد الصغيرة الباردة أسهل بكثير من الوصول إلى الحفر الكبيرة التي لا ترى ضوء النهار ويمكن الوصول إليها باستخدام مركبات الهبوط أو المركبات الجوالة التي تعمل بالطاقة الشمسية.

& quot ؛ يمكن لرائد فضاء أو مركبة روبوتية أو مركبة هبوط الوصول إلى هذه الظلال الأصغر وأي رواسب جليدية بداخلها ، ببساطة عن طريق الوصول إلى - بدلاً من المغامرة في الظلال العميقة والمظلمة للحفر الأكبر ، على حد قول الدكتور هاين.

& quot هذا يتيح فرصة لإعادة التفكير في التقنيات اللازمة لاستخراج واستخدام المياه القمرية للأغراض العلمية والاستكشافية. & quot


لماذا يوجد القليل جدًا من الأكسجين القابل للتنفس في الفضاء

أنت تتنفسه كل دقيقة ، ولكن لا يكاد يوجد أي أكسجين جزيئي - المعروف أيضًا باسم O2-في الفضاء. في عام 1998 ، أطلقت وكالة ناسا قمرًا صناعيًا كان من المفترض أن يجد الكثير من الأكسجين الجزيئي ولكنه لم يفعل ذلك أبدًا - إلا عندما قام العلماء ، الذين كانوا قلقين من أن الجهاز معيب ، بتوجيهه إلى الأرض. الآن ، كشفت تجربة أرضية سبب ندرة هذا الجزيء الواهب للحياة في الكون: لأن ذرات الأكسجين تتشبث بإحكام بغبار النجوم ، مما يمنعها من الالتحام معًا لتكوين جزيئات الأكسجين. يجب أن يقدم هذا الاكتشاف نظرة ثاقبة للظروف الكيميائية التي تسود عندما تنشأ النجوم والكواكب.

الأكسجين هو ثالث أكثر العناصر شيوعًا في الكون ، بعد الهيدروجين والهيليوم ، وفي السبعينيات توقع علماء الفلك أن الأكسجين الجزيئي سيكون ثالث أكثر الجزيئات بين النجوم شيوعًا ، بعد الهيدروجين الجزيئي (H2) وأول أكسيد الكربون (CO). من الواضح أنها ليست كذلك. في الواقع ، اكتشف علماء الفلك الأكسجين الجزيئي بين النجوم في مكانين فقط: سديم الجبار وسحابة رو الحواء. ولكن حتى هناك يكون الجزيء أكثر ندرة مما تتنبأ به النظرية. على سبيل المثال ، يفوق عدد جزيئات الهيدروجين في سديم الجبار عدد جزيئات الأكسجين بمليون إلى واحد.

لتفسير الندرة ، اقترح علماء الفلك مؤخرًا أن ذرات الأكسجين ترتبط بإحكام بجزيئات الغبار التي تتسبب في غيوم الفضاء. يقول جياو هي ، عالم الفيزياء الفلكية التجريبية في جامعة سيراكيوز في نيويورك: "يعلم الجميع أن الطاقة الرابطة للأكسجين الذري مهمة جدًا". "لكن لم يكن هناك قياس تجريبي لهذه المعلمة."

الآن ، قام هو وزملاؤه بقياس هذا الرقم. قام العلماء بتسخين نوعين من المواد الصلبة التي تشكل حبيبات الغبار البينجمي - جليد الماء والسيليكات - لمعرفة مدى سهولة هروب ذرات الأكسجين. كما أفادوا مؤخرًا في مجلة الفيزياء الفلكية، الطاقة الرابطة للأكسجين هي أكثر من ضعف ما حسبه العلماء منذ عقود: 0.14 إلكترون فولت لثلج الماء و 0.16 إلكترون فولت للسيليكات. هذا مرتفع بما يكفي لإبقاء ذرات الأكسجين عالقة في غبار النجوم دون الحد الأدنى من حرارة السحب البينجمية الباردة التي تزيحها. قد يدين سديم الجوزاء بكمية صغيرة من الأكسجين الجزيئي لموجة صدمة مزقت الذرات من حبيبات الغبار. يزخر هواء الأرض بالأكسجين لأن الأشجار والنباتات الأخرى تضعه هناك.

يقول جاري ميلنيك ، عالم الفيزياء الفلكية في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في كامبريدج ، ماساتشوستس ، "إنه قياس قيم للغاية" ، والذي توقع مؤخرًا وجود طاقة ملزمة حول هذا الارتفاع. "هذا يفسر الكثير".

يمكن لذرات الأكسجين التي تطفو بعيدًا عن حبيبات الغبار البينجمي أن تتحد لتكوين الأكسجين الجزيئي. ولكن عندما تظل عالقة في الحبيبات ، تتحد ذرات الهيدروجين مع الأكسجين لتكوين جليد مائي (H2س) بدلا من ذلك. يمكن أن يصبح الماء بعد ذلك جزءًا من الكويكبات والمذنبات والكواكب ، مما يمهد الطريق لخلق الحياة.

قضى بول جولدسميث ، عالم الفلك في مختبر الدفع النفاث في باسادينا بكاليفورنيا ، أكثر من ربع قرن في البحث عن الأكسجين الجزيئي بين النجوم قبل أن ينجح أخيرًا عندما فحص مرصد هيرشل الفضائي الأوروبي سديم الجبار في عام 2010 واكتشف الجزيء المراوغ. "ربما أكون مضللاً في قضاء سنوات عديدة في البحث عنه ، ولكن بطريقة ما ، مع هذه البيانات المختبرية وجميع بيانات Herschel ، يمكننا حقًا أن نقول جيدًا ، إننا نفهمها الآن."


كيف يتم صنع الأكسجين على متن مركبة فضائية؟

على الأرض ، لدينا إمدادات مستمرة من الهواء النقي. نتنفس الأكسجين ونخرج ثاني أكسيد الكربون. يتم إعادة تدوير هذه الغازات بواسطة النباتات من خلال عملية التمثيل الضوئي. تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون وتطلق الأكسجين. إنها دورة رائعة على نطاق واسع. ولكن ماذا يحدث في المقصورات الصغيرة والمحصورة للمركبة الفضائية ، مثل مكوك الفضاء أو محطات الفضاء؟

تحمل معظم المركبات الفضائية إمداداتها الخاصة من الأكسجين معها وقد يكون لها نظام احتياطي واحد. ومع ذلك ، فإن مهام هذه المركبات الفضائية تستغرق وقتًا قصيرًا ، في حدود أيام إلى أسبوعين. في المقابل ، صُممت محطة الفضاء الدولية (ISS) لرحلات الفضاء طويلة المدى وكانت في المدار منذ عام 1998. إذن كيف يتم صنع الأكسجين على متن محطة الفضاء الدولية؟ يتم التعامل معها بإحدى الطرق الثلاث ، باستخدام مولدات الأكسجين أو خزانات الأكسجين المضغوط أو مولدات الأكسجين للوقود الصلب (وتسمى أيضًا شموع الأكسجين).

يتم إنجاز الطريقة الأساسية بواسطة مولدات الأكسجين: Elektron الروسية الصنع ونظام التحكم البيئي ودعم الحياة الأمريكي (ECLSS). يقع Elektron في وحدة الخدمة (Zvezda) ويقع ECLSS في وحدة مختبر Destiny. تصنع هذه الأجهزة الأكسجين من الماء عن طريق عملية تسمى التحليل الكهربائي ، يمر خلالها تيار كهربائي عبر الماء من قطب كهربائي موجب الشحنة يسمى القطب الموجب إلى قطب كهربائي سالب الشحنة يسمى القطب السالب. يوجد تركيز ضئيل من الملح في الماء لتوصيل الكهرباء لأن الماء نفسه موصل كهربائي ضعيف. في هذه العملية ، ينقسم الماء إلى غاز الهيدروجين وغاز الأكسجين. إليك كيفية عمل كيمياء العملية:

  • عند الكاثود ، يسمى نوع من التفاعل تخفيض يحدث. تتحد الإلكترونات (e -) من القطب السالب مع الماء (H.2O) لصنع غاز الهيدروجين (H2) وأيونات الهيدروكسيد (OH -): 2H2O (l) + 2e - - & gtH2 (ز) + 2 أوه - (عبد القدير).
  • في الأنود ، يسمى نوع من التفاعل أكسدة يحدث. تتم إزالة الإلكترونات من الماء وتتدفق إلى القطب الموجب. ينتج عن إزالة الإلكترونات من الماء غاز الأكسجين (O2) وأيونات الهيدروجين (H +): 2H2O (l) - & gt O2 (ز) + 4 هـ - + 4 س +

يتم توليد الكهرباء من الألواح الشمسية للمحطة وتزويدها بمولدات الأكسجين من خلال شبكة كهرباء المحطة. يتم تسليم المياه إلى المحطة من الأرض بواسطة سفن الإمداد Progress ومكوك الفضاء. يتم استرداد المياه أيضًا عن طريق المكثفات التي تزيل بخار الماء من هواء المقصورة (يقوم رواد الفضاء بإخراج بخار الماء). أخيرًا ، يمكن إعادة تدوير الماء من بول رواد الفضاء بواسطة وحدة ECLSS. يتم تنفيس غاز الهيدروجين الناتج في عملية التحليل الكهربائي في الفضاء ويتم تدوير غاز الأكسجين في هواء المقصورة.


الهيدروجين والأكسجين في الفضاء - علم الفلك

ما هو خط الهيدروجين؟

عزيزي الدكتور سيتي:
ما هو خط الهيدروجين ولماذا يحظر الإرسال اللاسلكي أو الراديوي على هذا التردد؟ شكرا على أي معلومات.

يجيب الطبيب:
خط الهيدروجين (1420.40575 ميغاهيرتز) هو التردد المسبق لذرات الهيدروجين المحايدة ، المادة الأكثر وفرة في الفضاء. يحدث أنه يقع في أهدأ جزء من الطيف الراديوي ، ما يعرف باسم نافذة الميكروويف. على الرغم من أنه قد لا يبدو أن هناك الكثير من ذرات الهيدروجين السائبة (ربما هناك واحدة لكل سنتيمتر مكعب من الفضاء بين النجوم) ، فإن الوسط النجمي يحتوي على الكثير من السنتيمترات المكعبة. لذا فإن هذه الذرات الفردية التي تنطلق بسرعة 1420 ميجاهرتز تصنع جوقة قوية ، والتي يتم اكتشافها بسهولة حتى بواسطة التلسكوبات الراديوية الصغيرة.

تم اكتشاف إشعاع خط الهيدروجين لأول مرة من قبل طالب الدراسات العليا بجامعة هارفارد ، هارولد إوين ، وأستاذه ، إدوارد بورسيل ، في عام 1951. أجهزتهم ، وهي عبارة عن هوائي بوق دليل موجي بسيط على بعد متر تقريبًا عبر محرك خلاط ديود خام ، معروض الآن في المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي (NRAO) ، Green Bank WV. كما تم إحياء ذكرى ذلك في الأغنية.

لماذا طيف خط الهيدروجين محمي؟ إنه تردد رائع لمراقبة بنية الكون ، وقد تم عمل بعض أفضل الخرائط الراديوية لمجرة درب التبانة وأكثرها تفصيلاً على خط الهيدروجين. ربما يكون أكثر ترددات علم الفلك الراديوي شيوعًا في العالم ، ولدى الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) الحس السليم لحمايته.

في عام 1959 ، أدرك عالمان (فيليب موريسون من جامعة كورنيل وفرانك دريك في NRAO) بشكل مستقل أن خط الهيدروجين سيكون ترددًا محتملًا للمنارات بين النجوم. لقد اعتقدوا أن الحضارات الأكثر تقدمًا من شأنها أن تجعل الحضارات الشابة (مثل حضارتنا) تستمع هناك بالفعل. بناءً على هذا المنطق الدائري ، شارك موريسون في تأليف أول مقال حديث عن SETI في العالم ("Searching for Interstellar Communications ،" Nature 184 (4690): 844-846 ، 19 سبتمبر 1959) ، وأجرى دريك أول مقالة حديثة دراسة SETI ، "Project Ozma" ، بحث خط الهيدروجين لنجمين قريبين يشبهان الشمس بحثًا عن إشارات اصطناعية محتملة.

على مدار الأربعين عامًا الماضية ، تم إجراء حوالي ثلاثين عملية بحث أخرى عن خطوط الهيدروجين. على خط الهيدروجين اكتشف تلسكوب Big Ear الراديوي في مرصد راديو ولاية أوهايو في عام 1977 ما يسمى بـ "Wow!" الإشارة ، وهي أكثر إشارة مرشح SETI الواعدة والمثيرة للاهتمام والمخادعة حتى الآن. "واو!" هي أيضًا أفضل إشارة SETI معروفة ، حيث ظهرت في "ملفات X". بعد حوالي 100 محاولة متابعة على مدى عشرين عامًا ، لم تتكرر هذه الإشارة مطلقًا ولا تزال غير مفسرة.


تختار وكالة ناسا مقترحات لإثبات تقنية إعادة التزود بالوقود والوقود في الفضاء

اختارت ناسا 14 شركة لعقود تزيد قيمتها عن 370 مليون دولار لتطوير تكنولوجيا البعثات البشرية إلى القمر والمريخ. ستدعم معظم الأموال عروض الرحلات الجوية من قبل SpaceX و United Launch Alliance وشركات أخرى يمكن أن تؤدي إلى إعادة التزود بالوقود في الفضاء ومستودعات الوقود لمركبات الهبوط القمرية القابلة لإعادة الاستخدام ومركبات النقل في الفضاء السحيق.

سيسمح الجزء الأكبر من جوائز & # 8220Tipping Point & # 8221 التي تم الإعلان عنها يوم الأربعاء لوكالة ناسا بالدفع للشركات لإجراء عروض تقنية في الفضاء ، بعد جوائز مماثلة في السنوات السابقة ركزت على تطوير المكونات واختبار الأرض.

اختارت ناسا شركة Lockheed Martin و United Launch Alliance و SpaceX وشركة صغيرة مقرها فلوريدا تدعى Eta Space للحصول على أعلى الجوائز التي تركز على إدارة السوائل المبردة ، وهي القدرات التي يمكن أن تؤدي إلى نقل الهيدروجين السائل والميثان والسائل شديد البرودة. دافعات الأكسجين بين المركبات في الفضاء.

ما يقرب من 256 مليون دولار من 372 مليون دولار في جوائز NASA Tipping Point ستدعم التخزين المبرد وتكنولوجيا التزود بالوقود. ويهدف الباقي إلى تطوير الطاقة والهبوط الدقيق والاتصالات وأنظمة أخرى لدعم المهام المستقبلية إلى سطح القمر.

صرح مدير ناسا جيم بريدنستين يوم الأربعاء أن ناسا تهدف إلى تعزيز تطوير تكنولوجيا التزود بالوقود التجارية ومستودعات الوقود لدعم استكشاف القمر ، وفي نهاية المطاف البعثات البشرية إلى المريخ.

& # 8220 لدينا طموح للوصول إلى القمر مع الرجل التالي وأول امرأة بحلول عام 2024 ، & # 8221 قال Bridenstine ، في إشارة إلى وكالة & # 8217s برنامج Artemis. & # 8220 نريد أن نكون مستدامين بحلول عام 2028. بالنسبة لي ، ما يعنيه هذا هو أننا نريد أن تكون أنظمة الهبوط البشرية الخاصة بنا قابلة لإعادة الاستخدام بحلول عام 2028 ، مما يعني أننا سنحتاج إلى بعض القدرة على التزود بالوقود بحلول عام 2028. & # 8221

في نهاية المطاف ، يمكن استغلال الجليد المائي داخل الفوهات القطبية للقمر ورقم 8217 لتوليد وقود الصواريخ والهواء والماء والموارد الأخرى. على المدى القريب ، سيعتمد مستودع الوقود وتقنيات إعادة التزود بالوقود على الموارد التي يتم إطلاقها من الأرض.

& # 8220A الكثير من الشركات والمؤسسات الأكاديمية & # 8230 هم & # 8217 ستكتشف ذلك ، وبالطبع فإن ناسا مستعدة لتكون عميلاً في المستقبل ، & # 8221 قال بريدنشتاين.

قالت وكالة الفضاء يوم الأربعاء إنها ستبدأ التفاوض مع كل من الحائزين على جائزة Tipping Point الذين يتفاوضون لإصدار عقود أسعار ثابتة ومحددة قائمة على أساس تاريخي تستمر لمدة تصل إلى خمس سنوات.

& # 8220 ستعتمد الكثير من هذه الهياكل والقدرات المختلفة على كيفية ابتكار القطاع الخاص ، & # 8221 Bridenstine قال في اجتماع لاتحاد الابتكار على سطح القمر. & # 8220 هذا هو السبب في اعتقادي أنه من المهم أن تشارك وكالة ناسا مع الصناعة الخاصة والأوساط الأكاديمية ، لأنهم & # 8217 سيخرجون بحلول فريدة ومتنوعة بشكل استثنائي ، وفي النهاية سيقودون ما سيحدث في النهاية كونها مستودعات الوقود هذه ، سواء كانت في مدار حول الأرض ، أو في مدار حول القمر. & # 8221

قالت ناسا إنه تم اختيار شركة لوكهيد مارتن مقابل عقد قيمته 89.7 مليون دولار لإجراء عرض تجريبي في الفضاء باستخدام الهيدروجين السائل لاختبار أكثر من عشرة تقنيات لإدارة السوائل المبردة ، ووضعها في مكانها للتسريب في أنظمة الفضاء المستقبلية. الهيدروجين السائل هو الوقود الأكثر صعوبة & # 8212 والأكثر كفاءة & # 8212 المبردة للعمل في الفضاء لأنه يجب الحفاظ عليه في درجات حرارة أقل من 423 درجة فهرنهايت تحت الصفر (ناقص 253 درجة مئوية) لمنعه من التحول إلى غاز وغليان إيقاف.

قالت ناسا إن شركة لوكهيد مارتن ستتعاون مع مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع للوكالة & # 8217s ومركز أبحاث جلين في المشروع.

ستعرض United Launch Alliance نظامًا ذكيًا للدفع المبرد & # 8220 ، باستخدام الأكسجين السائل والهيدروجين ، في المرحلة العليا من فولكان سنتور ، وقالت ناسا # 8221. تبلغ قيمة جائزة ULA & # 8217s 86.2 مليون دولار.

من المقرر أن يقوم صاروخ فولكان سينتور من الجيل التالي ULA & # 8217s برحلته التجريبية الافتتاحية في النصف الثاني من عام 2021.

روجت الشركة منذ فترة طويلة لمستودعات الوقود في الفضاء ، واقترحت مرحلة عليا أكثر تقدمًا يمكنها أداء مهام تستمر لأيام أو أسابيع في الفضاء السحيق. يمكن للمرحلة العليا من Centaur التي تحلق حاليًا على صواريخ ULA & # 8217s إجراء مهام تستمر لأكثر من ست ساعات بقليل.

قالت وكالة ناسا إن نظام الدفع الذكي المبرد سوف & # 8220 اختبار التحكم الدقيق في ضغط الخزان ، ونقل الخزان إلى الخزان ، وتخزين الوقود متعدد الأسابيع. & # 8221 المهندسين في Marshall ، Glenn ، و NASA & # 8217s مركز كينيدي للفضاء سيعملون مع ULA في المظاهرة.

جائزة سبيس إكس بقيمة 53.2 مليون دولار ستذهب إلى & # 8220 عرض طيران واسع النطاق لنقل 10 أطنان مترية من الوقود المبرد ، وخاصة الأكسجين السائل ، بين الدبابات على مركبة ستارشيب ، وقالت ناسا # 8221.

صُممت المركبة الفضائية SpaceX & # 8217s لنقل أكثر من 100 طن متري من البضائع إلى مدار أرضي منخفض. مع رسو ناقلة التزود بالوقود في مدار الأرض ، يمكن لـ SpaceX إعادة ملء المركبة الفضائية بدوافع غاز الميثان والأكسجين السائل لإطلاقها إلى وجهات أبعد ، مثل القمر أو المريخ.

قالت ناسا إن سبيس إكس ستتعاون مع جلين ومارشال في عرض نقل الوقود في المركبة الفضائية.

& # 8220 عندما نفكر في شركات مثل SpaceX و Starship ، فإن هندستها المعمارية تعتمد بشكل كبير على القدرة على نقل علم التجميد في مدار أرضي منخفض لغرض نقل نظام على طول الطريق إلى القمر ، & # 8221 قال Bridenstine يوم الأربعاء. & # 8220 يبدو أن نظامهم ، في الواقع ، لا يتطلب & # 8217t مستودعًا للوقود حول القمر. سيتطلب نظامهم مستودع وقود في مدار حول الأرض. & # 8221

SpaceX’s Starship is one of three lunar lander concepts selected by NASA in April to carry astronauts to and from the moon’s surface. NASA also selected commercial teams led by Blue Origin and Dynetics to work on Human Landing Systems.

A small company named Eta Space in Merritt Island, Florida, won a $27 million award from NASA for a “small-scale flight demonstration of a complete cryogenic oxygen fluid management system,” the space agency said.

“As proposed, the system will be the primary payload on a Rocket Lab Photon satellite and collect critical cryogenic fluid management data in orbit for nine months,” NASA said. “The small business will collaborate with NASA’s Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, NASA’s Glenn Research Center in Cleveland, and NASA’s Kennedy Space Center in Florida.”

Rocket Lab’s Photon spacecraft platform is designed to launch on top of an Electron rocket. Rocket Lab announced last month that it successfully launched the first Photon spacecraft, which is designed to host Earth observation sensors, communications payload, and scientific experiments on missions to Earth orbit and beyond.

NASA has already contracted with Rocket Lab to fly a small research mission named CAPSTONE to orbit the moon next year using an Electron rocket and Photon platform.

NASA selected Masten Space Systems to demonstrate precision landing, hazard avoidance, and a universal chemical heat and electrical power source attachment to help payloads survive the two-week lunar night. Masten’s two agreements are cumulatively valued at $12.8 million.

With a $41.6 million award, Intuitive Machines will develop a deployable hopper lander capable of carrying a 2.2-pound (1-kilogram) payload more than 1.5 miles (2.5 kilometers) across the surface of the moon, enabling exploration of craters out of reach of larger, conventional rovers.

Alpha Space Test and Research Alliance of Houston will get around $22.1 million from NASA develop a space science and technology evaluation facility to give smal experiments access to the lunar surface, and Maxar Technologies won $8.7 million in NASA funding to help develop a lighter and less expensive robotic arm for operations on the moon’s surface, in orbit, and on Earth.

Nokia will receive a NASA contract to provide $14.1 million to support early-stage research into the first LTE/4G communications network in space, which NASA says could support long-distance communications across the lunar surface.

Sierra Nevada Corp. won $2.4 million to develop demonstration hardware that uses methane and concentrated solar energy to extract oxygen from lunar soil, according to NASA.

NASA also selected Astrobotic, pH Matter, Precision Combustion, and Teledyne Energy Systems for awards focusing on testing wireless charging technology and regenerative power-generating fuel cells for potential use on the moon.

“I think there are two things that are critically important,” Bridenstine said. “We need power systems that can last a long time on the surface of the moon, and we need habitation on the surface of the moon.”

Follow Stephen Clark on Twitter: @StephenClark1.


Do they “make” oxygen to breathe on the ISS?

How do astronauts on the station ensure they have access to oxygen?

Electrolysis of water (H2O) is the main method to generate oxygen aboard the ISS. Water is split into oxygen (O2) and hydrogen (H2). The oxygen is vented into the breathable cabin air system, known as the Oxygen Generation System, while the explosive hydrogen is vented externally.

The station’s football-field-sized solar arrays are the power source to electrolyse the water. Each day the OGS continuously provides between 2.3 and 9kg (5 to 20lbs) of oxygen. The OGS is a component of the ISS life support system, known as ECLSS or Environmental Control and Life Support System, located in the US Destiny module. The Elektron system aboard the Russian Zvezda service module performs the same vital electrolysis service for the ISS crew. The Electron system was also used aboard the Russian Mir Space Station.

Pressurised oxygen storage tanks replenished by visiting unmanned cargo ships provide a backup to the electrolysis method. Finally, the crew can also generate oxygen chemically by igniting Solid Fuel Oxygen Generation (SFOG) canisters comprised of lithium perchlorate. Each canister provides the oxygen needed to support one crew member for one day.


شاهد الفيديو: تفاعل بين غاز الهيدروجين وغاز الأكسجين (أغسطس 2022).