campo magnético planetario artificial

Según este artículo la energía almacenada en el campo magnético terrestre es de aproximadamente$10^{26}$ergios o$10^{19}$J. Según Wikipedia la generación global anual de electricidad es de unos 20.000 TWh, que está entre$10^{19}$y$10^{20}$J, entonces en realidad ya producimos suficiente energía para generar el campo magnético de la Tierra.

En realidad, hacerlo en una luna de Júpiter sería otro problema. Supongo que podrías usar la energía nuclear para evitar tener que construir un oleoducto entre la Tierra y Europa, pero incluso si la energía estuviera disponible, no sé si la tecnología actual está a la altura para generar campos magnéticos con tanta energía.

Un bucle de corriente superconductor quizás podría hacer el truco. Consideremos un análisis muy simplificado para crear un campo magnético protector para Venus.

Vamos a estar esencialmente imitando el campo magnético de la tierra.

No sé mucho sobre el viento solar , así que asumiré que la fuerza varía según la ley del cuadrado inverso. Además, asumo que la fuerza del campo magnético requerida para la protección planetaria es directamente proporcional a la fuerza del viento solar.

Venus orbita a 0,72 AU del sol. Entonces, para tener la misma protección en Venus contra el viento solar que tiene ahora la Tierra, el campo magnético debe ser$(1/0.72)^2 = 1.93$veces más fuerte que el campo de la Tierra.

El campo magnético de la tierra generalmente se aproxima como un dipolo . El campo magnético en un radio R dado y una latitud magnética theta viene dado por$\left|B\right| = \frac{B_0}{R^3} \sqrt{1 + 3\sin^2 \theta }$tesla

Los campos magnéticos planetarios varían según el radio y la latitud. Para efectos de este análisis, tomemos como referencia el valor del campo magnético en el polo. En otras palabras, el objetivo es hacer que el campo magnético polar de Venus sea lo suficientemente fuerte y esperar que el resto del campo también sea lo suficientemente fuerte, ya que eso funciona para la Tierra.

taponamiento$B_0 = 3.12 \times 10^{-5} T$,$R=1$y$\theta = 90 °$, obtenemos una figura ordenada de$B_{pole-earth} = 6.24 \times 10^{-5} T$. Lo requerido$B_{pole-venus}$luego sale a ser$1.2 \times 10^{-4} T$.

Una vez más, para simplificar los cálculos, supondré un solo bucle ecuatorial de superconductor que da como resultado que los polos magnéticos coincidan con los polos de rotación. El radio de Venus es de 6052 km y, por lo tanto, la longitud del cable superconductor es de aproximadamente$38000 km$.

Ahora, el campo magnético de una sola espira circular de corriente, en un punto sobre el eje del círculo, viene dado por

Dado que el poste está al nivel del suelo, la expresión se simplifica un poco para producir

Resolviendo para la corriente, obtenemos

La inductancia de una bobina de alambre no tiene una expresión precisa de forma cerrada incluso en el escenario ideal, por lo que usaremos la aproximación de Kirchhoff dada por

Supongamos un generoso conductor de$p = 3 m$radio. Obtenemos una inductancia de$L = 415 MH$- un valor enorme, pero completamente esperado dada la escala planetaria.

Finalmente, la energía en un bucle de corriente está dada por$E = \frac{1}{2} L I^2$, dando un valor de$1.12 \times 10^{27} J$. Este es un número bastante grande; obviamente, nos gustaría generarlo a partir de la abundante energía solar de Venus.

La insolación de Venus, otra figura que definitivamente tiene una variación de la ley del cuadrado inverso, debería estar alrededor${1/0.72}^2 = 1.93$veces la insolación de la tierra que es la constante solar , igual a$1362 W/m^2$. Esto nos da una muy alentadora$P = 2627 W/m^2$como la insolación de Venus, y$P \pi R^2 = 3.023 \times 10^{17} W$como el presupuesto solar total de Venus. Suponiendo una eficiencia del 100%, nos muestra que se necesitarían alrededor de 37 años para cargar completamente el campo magnético. No es trivial en absoluto, pero ciertamente es prácticamente factible en una escala de tiempo de milenios.

Anexo : dado que tanto el viento solar (presumiblemente) como la insolación varían como el inverso del cuadrado de la distancia al sol, la cantidad de años de captura de energía solar debe ser independiente de la distancia al sol. Sin embargo, la inductancia del bucle es proporcional a$R \, \text{ln}R$, y la corriente requerida es proporcional a$R$, por lo que la dependencia de la energía requerida en el radio ($0.5 L I^2$) es más que cúbico. Como sugiere RiskyScientist a continuación, ejecutar los números para Callisto muestra que requeriría$2.4 \times 10^{22} J$o$0.26 y = 95$días para la carga solar del generador de magnetosfera.

Las principales suposiciones aquí son:

1. Aproximación de dipolo
2. Fuerza del campo magnético polar
3. Variación de la ley del inverso del cuadrado en el viento solar
4. Necesidad/suficiencia del campo magnético terrestre para la protección contra el arrastre atmosférico
5. Bucle de corriente simple

La mayoría de estos sirven para disminuir la energía requerida, por lo que debería haber alguna esperanza aquí.

El campo magnético en la superficie del conductor es$154 T$que es mucho mayor que cualquier campo creado por humanos. El cable superconductor ocuparía un volumen de al menos$38000 \pi p^2 = 1.075 km^3$. sopesando$8.6 \times 10^{12} kg$(suponiendo una densidad de$8000 kg/m^3$).

Sin embargo, dicho circuito ofrece una ventaja crítica en caso de que surja una civilización industrial: almacenamiento Y transmisión de electricidad en todo el planeta, con tasas de descarga y carga básicamente ilimitadas.

Esto supone que la magnetosfera terrestre es el mínimo requerido para proteger un objeto de los rayos cósmicos, lo cual es, de hecho, incorrecto. Esto es lo que necesita averiguar para calcular un sistema satelital para hacer lo que propone... 1-cuál es la fuerza mínima requerida de un campo magnético para que desvíe prácticamente todos los rayos cósmicos y el viento solar. 2-cuánta potencia se necesita para generar un campo. 3-la cantidad de energía que pueden generar los colectores solares a esa distancia o utilizando generadores de radioisótopos. 4- cuántos satélites se necesitarán para crear un escudo efectivo.

Cabe señalar que si se colonizara Marte para hacerlo habitable, sería necesario generar un campo de este tipo, ya que no tiene Dynamo interno: 3, los investigadores del gran colisionador de hidrones deberían poder responder a esto, consulte sus foros.

En ese sentido, estoy seguro de que es factible si puedes encontrar una forma más barata de entrar en órbita que los cohetes.

El método más factible por el cual se puede generar el campo magnético artificial es mediante la colocación de cientos (si no miles) de satélites magnéticos en la órbita de la luna o el planeta objetivo, todos los cuales giran a cierta distancia y velocidad. Este tipo de satélites pueden utilizan la energía solar como su principal fuente de energía, lo que de hecho reduce los costos de energía para su función global constante. Sin embargo, la fabricación y el lanzamiento de esta gran cantidad de satélites definitivamente seguirán siendo una cuestión de enormes costos y recursos que seguramente deberían ser reflexionados.