Cómo generar radiación

Radiación por emisión nuclear

Una luna hecha de algún elemento transuránico no fisible ( ¡definitivamente no fisible! ) Emitiría una cantidad significativa de radiación alfa, beta y/o gamma.

Radiación por generación de neutrones

La luna tendría que ser un generador de neutrones. Hay algunas formas de crear neutrones, pero involucran cosas como reactores de fisión y aceleradores lineales de iones de hidrógeno. Esto básicamente tendría que ser una estación espacial extraterrestre, no una luna. Creo que eso está fuera del alcance de la pregunta, así que ignoraré la radiación de neutrones.

Radiación por campo magnético

Una luna llena de un fluido magneto-hidro-dinámicamente activo sería capaz de generar un campo magnético significativo, como lo hace Júpiter. Este campo atrapará partículas cargadas. Si algo emite muchas partículas cargadas (Io hace esto por Júpiter; el viento solar puede ser suficiente para la Tierra ya que está más cerca del Sol), entonces esas partículas pueden quedar atrapadas para formar un plasma de alta energía en el campo magnético. Esto es análogo a los cinturones de Van Allen alrededor de la Tierra, aunque serían más fuertes con un campo magnético más fuerte.

Una vez que tiene un campo magnético muy fuerte y partículas de muy alta energía en ese campo (en el rango de keV, 10 millones de K), puede emitir energía golpeando estas partículas contra otra cosa, a saber, la atmósfera. Esta es una aurora. Gran parte de las emisiones de Júpiter provienen de sus auroras, mientras que algunas provienen de Io y su delgada ionosfera que pasa a través del disco de plasma de alta energía mantenido magnéticamente de Júpiter.

El campo magnético de Júpiter emite ondas de radio a ~100 GW en la longitud de onda de 10-100 m; IR a ~50 TW en el 3-14$\mu m$rango; y UV a ~10 TW en el rango de 80-180 nm. En comparación, la magnetosfera de la Tierra emite solo en el rango de radio a aproximadamente 0,1 GW.

Radiación por acreción

Para generar otras longitudes de onda, como una poderosa fuente de rayos X, debe dejar caer materia en un objeto de alta gravedad, como una estrella de neutrones o un agujero negro. No veo otra forma de que una luna sea una fuente de rayos X, y dado que esto no parece cumplir con los requisitos del OP, voy a ignorar la radiación de rayos X.

¿Qué tan radiactivas serán estas fuentes?

Radiación alfa y beta

Las partículas alfa y beta tienen poca o ninguna capacidad para penetrar la atmósfera, por lo que básicamente son fuentes de radiación.

Radiación gamma (y rayos X)

Los gammas son otra historia. Si la luna estuviera hecha de algo que tuviera una vida media larga pero emitiera radiación gamma, entonces tal vez sería una fuente potente.

Hay una gran variedad de isótopos metálicos con vidas medias largas (1e5 años o más) que emiten radiación de rayos X en el rango de 5-10 keV; La descomposición de los transuránicos no fisionables proporciona un amplio espectro de emisiones en el rango de rayos X a gamma (hasta 15 MeV). Esto podría ser bueno y mortal, pero desafortunadamente, la atmósfera absorbe muy bien los rayos X y la radiación gamma.

Los coeficientes de atenuación en el aire de varias radiaciones de energía se pueden encontrar aquí . Para una radiografía de 10 keV, el coeficiente de densidad de atenuación ($\mu/\rho$) mide 5,12 cm$^2$/gramo. Multiplique esto por la densidad del aire (1,2 mg/cm$^3$) y convertir a metros para un coeficiente ($\mu$) de 6,3 metros$^{-1}$. Se puede obtener la mitad del espesor a partir de un coeficiente de atenuación dividiendo el logaritmo de 2 por la constante de atenuación; el espesor medio para la penetración de rayos X de 10 keV es de 0,11 metros. Eso significa que cada 0,11 metros reduce a la mitad la potencia de la radiación de rayos X. No hace falta decir que los rayos X no llegarán muy lejos en el aire.

Los rayos gamma lo hacen mejor, pero no mucho. Para rayos gamma de 1 MeV, el espesor medio es de hasta unos 9 metros. Para gammas de 10 MeV es de 28 metros. 28 metros es una distancia seria para penetrar, pero no tanto en comparación con el espesor de la atmósfera terrestre. Para una atmósfera de densidad constante simulada a la densidad que estamos usando para calcular, la atmósfera de la Tierra tendría unos 8 km de espesor. Divide esa distancia por 28 y obtienes 289; por lo que la energía gamma del espacio se reduce en un factor de$2^{289}$para cuando llega a la superficie, no lo suficiente como para causar algún daño. Un objeto radiactivo en órbita simplemente no funcionará.

Radiación inducida magnéticamente - Radio decamétrica

Aquí es donde nos ponemos más interesantes. Las auroras de Júpiter, es decir, las regiones donde las líneas del campo magnético se cruzan con la atmósfera, son emisores de radio extremadamente potentes. Puede notar en el gráfico anterior, o al escuchar la radio en su automóvil, que las ondas de radio penetran muy bien en la atmósfera. La banda de 10 cm a 10 m de poca atenuación atmosférica corresponde al rango de 3-300 MHz; Radio VHF y UHF . Aquí están las emisiones de radio de Júpiter (y otros planetas).

La radiación decamétrica (DAM) en este gráfico está controlada en gran medida por las interacciones con la luna Io. La mecánica de estas interacciones me supera en su mayoría, por lo que solo puedo sugerir que existen posibles mecanismos para liberar energía de ondas de radio a gran escala. Primero, puede haber un satélite en órbita que sea un generador de campo magnético masivo por alguna razón. Este satélite actúa como Júpiter, mientras que la Tierra actúa como Io. Las líneas de campo magnético de este satélite interactúan con las de la Tierra para que las partículas cargadas de alta energía capturadas en los campos magnéticos combinados se canalicen hacia los polos de la Tierra. Esto forma poderosas auroras, con tremendas emisiones de radio.

Lo último que debemos suponer es que esta interacción podrá crear las emisiones de radio decamétricas apropiadas sin gastar demasiada energía en otras frecuencias. No estoy seguro de si eso es posible con las altas energías que requerirá su sistema, pero estoy dispuesto a asumirlo. Queremos que las emisiones de radio penetren limpiamente en la atmósfera terrestre, calentando la superficie sin calentar la atmósfera más de lo necesario.

La atenuación de las ondas de radio en la atmósfera está en el rango de 3 a 10 db. Tomando una visión optimista, eso significa que el 10-50% de la energía de radio llegará al suelo, mientras que el 50-90% permanece en la atmósfera. Una vez que la energía VHF llega al suelo, casi toda será absorbida.

El objetivo aquí será lograr que el suelo absorba mucha radiación, haciendo que el suelo esté demasiado caliente para albergar vida. Las auroras son efectos localizados; si ocurren a una altitud de 100 km, entonces solo se ve afectado un círculo de unos 1000 km de radio. Si la aurora estuviera directamente sobre el polo norte, por ejemplo, el círculo polar ártico no recibiría ninguna radiación; estaría bloqueado por la curvatura de la tierra.

Para la región directamente debajo de la aurora, nos gustaría aumentar la radiación incidente en una cantidad sustancial para dejar el lugar sin vida. La radiación incidente que es absorbida por la superficie de la Tierra tiene un promedio de 163 W/m$^2$en toda la superficie durante todo un año. Digamos que nuestro objetivo es golpear la superficie con 250 W/m adicionales$^2$en energía de radio en el punto sub-aurora para esterilizarlo.

Para un escenario de baja atenuación del 50% de absorción atmosférica, una aurora que se produzca a 100 km debe entregar un equivalente a 500 W/m$^2$a esa altura. A 100 km, el área superficial de esta radiación sería$4.2\times10^{10}$metro$^2$; por lo que la luminosidad de radio de una fuente puntual debe ser de unos 2 TW. Esto se compara con 0,1 GW distribuidos por toda la magnetosfera de la Tierra, o ~40 GW de las emisiones de radio de Júpiter. Así que esto es mucho, pero tal vez en el ámbito de la posibilidad.

Para que el objeto 'luna' funcione, tendría que estar en la órbita de la Tierra, pero no necesariamente en una órbita geosíncrona. Cualquier objeto del tamaño de una luna 'podría' generar los campos magnéticos deseados, pero seguramente sería artificial. Tendría que estar lleno de algún tipo de fluido magnético que generara los campos magnéticos. Nuevamente, esta no es mi especialidad, pero sospecho que un núcleo de hierro de muy alta temperatura, baja viscosidad y alta velocidad de flujo funcionaría; como lo haría un núcleo de hidrógeno líquido, como en la Tierra.

Sin embargo, tener esto en un objeto del tamaño de la luna seguramente sería artificial.

Conclusión

En este escenario, hay un objeto en órbita que genera campos magnéticos extremadamente altos. Probablemente sea artificial. Estos campos hacen que las partículas del viento solar queden atrapadas alrededor del objeto. Cuando estas líneas se conectan con las de la Tierra de cierta manera, las partículas cargadas se descargan en la atmósfera de la Tierra; allí chocan con las moléculas atmosféricas y liberan ondas de radio.

Gran parte de las ondas de radio terminan en el espacio, pero el punto de la sub-aurora recibe el equivalente a la luz del sol ecuatorial, constantemente. Si estos efectos magnéticos son estables, en unos pocos días, el suelo dentro de un radio de cien kilómetros se habrá calentado considerablemente y, en una semana, el calor matará la vida vegetal. Si la aurora permanece en su lugar durante al menos un mes, habrá un área muerta de cien kilómetros de ancho, donde nada sobrevive excepto las bacterias. Las auroras son estables por un tiempo, hasta que las líneas magnéticas desaparecen, y pronto aparecerá otra aurora cerca. Algunas auroras están tan al norte que simplemente derriten los glaciares hasta convertirlas en rocas desnudas y terminan, otras están sobre el océano. Pero cuando aparecen en latitudes medias sobre tierra, ¡cuidado!

Esto no cumple con los criterios geosincrónicos, pero explicaría por qué aparecen puntos muertos en una escala de tiempo de meses en las latitudes del norte.

Voy a tomar esto en una dirección ligeramente diferente y decir que sí, la radiación de una luna de hecho puede afectar la vida en un planeta, solo que no de la misma manera prevista por la respuesta que vinculaste.

Como han explicado otros, nuestra atmósfera y magnetosfera hacen un buen trabajo protegiendo al planeta de la mayor parte de la radiación externa. El principal tipo de radiación que dejan pasar es la luz visible. Si desea que una luna irradie algo que causó estragos en la parte del planeta a la que se enfrenta, haga que la luna refleje (o absorba y vuelva a emitir) luz en una porción específica y estrecha del espectro de color. Las plantas y otros organismos fotosintetizadores usan diferentes porciones del espectro de luz de manera diferente. Un aumento significativo en una banda de color podría desequilibrar todo un ecosistema, tal vez haciendo que ciertas bacterias u otras formas de vida microscópica prosperen y crezcan demasiado rápido . Esta sobreabundancia repentina puede agotar el oxígeno en el agua o liberar sustancias tóxicas.. Cualquiera de estos puede conducir fácilmente a la muerte de la vida marina, y los efectos se filtran en la cadena alimentaria desde allí. El agua tóxica dificulta el crecimiento de las plantas (especialmente si la toxina se puede evaporar y luego ser arrastrada por la lluvia ), y menos plantas significa que es más probable que los animales sobrepastoreen.

Las personas que viven cerca observarían que una vez que la luna se vuelve visible, los peces comienzan a morir, los suministros de agua se vuelven venenosos para los humanos, las plantas dejan de prosperar y la mayoría de los animales terrestres y aéreos migran. Otros animales migran, criaturas que están mejor adaptadas a las nuevas condiciones. Todo el ecosistema se desequilibra y tarda muchos años en recuperarse por completo. Sin embargo, sus ciclos de 500 años significan que hay mucho tiempo para recuperarse, por lo que el equilibrio eventualmente regresa.

Entonces, sí, es muy posible que una luna pueda irradiar energía que tenga un impacto significativo en el planeta, pero no necesariamente en el sentido tradicional de "bombardearlo con rayos gamma".

¿Podría ser lo suficientemente radiactivo como para causar un aumento significativo del cáncer, enfermedades por radiación y mutaciones?

No aquí, probablemente tampoco en otro lugar

Una luna radiactiva podría emitir radiación en cinco formas:

• Partículas alfa: esencialmente un núcleo de helio-4 sin electrones. No viaja más allá de unos pocos centímetros/pulgadas en una atmósfera, por lo que no representa ningún peligro.

• Partículas beta: un electrón o positrón que viaja a altas velocidades. Viaja más lejos en el aire, pero aún así no va más allá de unos pocos metros/yardas.

• Neutrones libres: esta es la única forma de radiación que puede hacer que otra cosa también sea radiactiva. Puede recorrer unos pocos kilómetros/millas en una atmósfera, pero de todos modos tenemos mucha atmósfera.

• Radiografías: no necesita explicación.

• Rayos gamma: ídem.

Solo los dos últimos dan miedo. Pero tenemos un escudo en forma de capa de ozono, que ya los maneja bastante bien.

Entonces, el único lugar donde una luna radiactiva sería peligrosa sería en un planeta sin una capa de ozono o un escudo similar, pero en ese caso eres bastante [improperio] de todos modos.

Dicho esto, podrías hacer toda la luna con uranio si lo deseas. Todavía estaríamos a salvo.

¿Podría suceder eso sin que la luna explote?

Por supuesto. Para que explote tendría que estar tan caliente que se convertiría en gas. Tendría que estar tan caliente como una estrella. Pero tendría que ser mucho más masivo que Júpiter para que eso suceda.

¿Podría funcionar durante 2000 años (eso es simplemente 4 migraciones)?

De manera realista, podría permanecer allí tanto tiempo como nuestra propia Luna pueda hacerlo.

¿Podría afectar un parche significativamente más pequeño que un hemisferio completo?

No.

Si la luna girara alrededor del planeta cada 500 años y estuviera en una órbita geosíncrona, ¡el planeta tendría un día de 500 años! Oh, dijiste una órbita casi geosíncrona. Lo que parece querer decir es que la luna en realidad orbita el planeta muchas veces en 500 años, pero la posición del punto directamente debajo de la luna gira lentamente alrededor del planeta cada 500 años.

La vida como la Tierra necesita ciclos diurnos/nocturnos relativamente cortos, por lo que si el planeta es como la Tierra y las personas y sus plantas y animales son como los humanos y la vida terrestre, probablemente necesitarán ciclos diurnos/nocturnos relativamente cortos para evitar que el planeta se caliente. demasiado durante el día y enfriando demasiado durante la noche.

Entonces, si el planeta es exactamente como la Tierra, la órbita exactamente síncrona tomaría exactamente un día y habría alrededor de 365,25 días en un año, por lo que en 500 años habría alrededor de 182.625 días. 360 grados de arco en un círculo dividido por 182.625 es 0,0019712 grados. 21.600 minutos de arco divididos por 182.625 es 0,1182751. 1.296.000 segundos de arco divididos por 182.625 es 7,09650 segundos de arco.

Por lo tanto, la luna no parecería exactamente estacionaria en el cielo, sino que se movería 7,09650 segundos de arco, o 0,1182 minutos de arco, o 0,0019712 grados de arco cada día. La posición aparente de la luna tardaría 845,52295 días en moverse un grado de arco, aproximadamente el doble del ancho aparente de la luna. dado que un grado en la Tierra equivale a unas 60 millas, la mancha subluna tardaría unos 2,3149 años en moverse unas 60 millas.

Nota: Suponiendo que un satélite natural o una luna orbite un planeta exactamente como la Tierra, la órbita geosincrónica estaría muy por fuera del límite de Roche que provocaría la ruptura de una luna, por lo que la luna en órbita geosincrónica debería estar bien.

Por lo tanto, sería posible que una luna se coloque casi en la órbita geosincrónica de un duplicado de la Tierra con una diferencia suficiente para que el punto del planeta directamente debajo de la luna rodee el planeta cada 500 años.

Pero la idea de que una luna radiactiva podría matar la vida expuesta a su radiación parece inverosímil porque la atmósfera, el campo magnético y la capa de ozono de la Tierra bloquean la mayoría de las formas de radiación peligrosa de la superficie de la Tierra. Si los cambia lo suficiente como para que una luna radiactiva pueda matar la vida en el planeta, los cambia lo suficiente como para que la radiación solar, el viento solar y los rayos cósmicos probablemente maten toda la vida en el planeta en todas partes de todos modos, por lo que salir de debajo de la luna radiactiva ganó no le hace ningún bien a la vida.

Así que necesitas alguna otra forma para que una luna mate al menos algo de vida en el planeta.

Si la luna gira alrededor del planeta exactamente en el mismo plano en que el planeta gira alrededor del sol, es probable que la luna sea eclipsada alrededor de la medianoche por la sombra del planeta. Pero si la órbita de la luna se inclina un poco, nunca se eclipsará sino que permanecerá en la luz del sol durante toda la medianoche planetaria.

Y tal vez cerca del centro del planeta que mira hacia el lado de la luna hay un gran cráter con una sección transversal casi parabólica y una superficie reflectante suave como un espejo. Y la forma parabólica tiene un punto focal cerca de la superficie del planeta. Eso sería una gran coincidencia, o tal vez el trabajo de extraterrestres súper avanzados malévolos.

Entonces, alrededor de la medianoche, ya que el lado opuesto del planeta se ha enfriado mucho por el calentamiento diurno, la ubicación de la luna secundaria recibe una gran explosión de luz y calor reflejada desde la luna. Por lo tanto, la ubicación de la subluna no se enfriará tanto durante la noche como el resto de la superficie del planeta, por lo que se calentará más y más día tras día. Y esta región sobrecalentada del planeta se moverá muy lentamente.

La tierra o el agua calientes calientan el aire que hay encima. El aire caliente sube y forma zonas de baja presión desde la superficie de la que sube. Y las zonas de baja presión provocan la circulación del viento que forma tormentas. Por lo tanto, el planeta podría tener un huracán permanente con el ojo en el punto subluna y tal vez tener vientos dañinos que se extiendan por la mayor parte del hemisferio. Y el ojo de ese huracán se movería lentamente unas pocas millas por año.

Eso no mataría toda la vida en el hemisferio, pero obligaría a los humanos que cultivan cultivos que serían destruidos por los vientos a migrar lentamente antes del huracán.

Nuestro planeta tiene una fuerte magnetosfera que nos protege de la radiación externa. Esto podría ser inusual: Venus no tiene uno, Marte uno residual pero extremadamente débil. Esta es la razón por la que algunas personas están un poco preocupadas por la colonización de Marte: Curiosity midió la radiación del sol en 300 mSv durante 180 días . Eso es aproximadamente 6 veces la dosis máxima para un trabajador nuclear. Así que digamos que su planeta no tiene uno.

Podrías tener un planeta hecho principalmente de uranio (como Mercurio es principalmente hierro); esto podría darte algo como el reactor nuclear natural de Oklo . Si los isótopos más radiactivos se condensan en un núcleo o alrededor del núcleo, eso podría darte algo un poco como un reactor reproductor o un reactor de ondas viajeras.

Un reactor sin blindaje (530Sv) , en órbita a 17000 km (Marte síncrono), me da una exposición de 1.6Sv por año usando esto , pero solo si es 1,000,000x más grande que Fukushima. Para la tierra, tendría que ser 42000 km (geosincrónico), me da una exposición equivalente a alrededor de 5,000,000 veces más grande que Fukushima.

Podrías reducir la masa necesaria aumentando la rotación del planeta: si la Tierra girara cada 90 minutos, entonces la geosíncrona tendría una altura de 160 millas (209 km). Eso le daría un reactor, dando 1Sv de exposición a la superficie.

TL/DR: no es la radiación ionizante, sino la salida de calor lo que te mata

Como se mencionó en otras respuestas, la radiación ionizante de una luna radiactiva sería bloqueada por la atmósfera y realmente no haría mucho. Pero una luna radiactiva también genera calor y, dependiendo de cuán radiactiva sea, eso podría ser suficiente para destruir la vida en la Tierra.

La irradiancia solar es de 1361 W/m2 en la parte superior de la atmósfera. Si eso aumenta en un 10% , la temperatura promedio del planeta aumentará a 46°C, lo que iniciará un efecto invernadero descontrolado que evaporará los océanos. El efecto invernadero descontrolado proviene del vapor de agua, que es un gas de efecto invernadero, ya una temperatura promedio de 46°C habrá suficiente vapor de agua en la atmósfera para iniciar el efecto invernadero descontrolado.

Si la luna estuviera hecha de uranio-238, probablemente explotaría en una explosión nuclear gigante, pero supongamos que no es así. (Editar: el uranio-238 no sufre una reacción en cadena, por lo que no explotará) El uranio-238 es en realidad uno de los elementos radiactivos menos radiactivos que conocemos. solo genera$0.1$vatio por tonelada de calor de descomposición. La luna tiene una masa de$7.34\cdot 10^{19}$toneladas Si estuviera hecho de uranio-238 generaría$7.34\cdot 10^{18}$vatio de calor de descomposición. la luna es$384400$kilómetros de la tierra. Entonces, la irradiancia de la luna hecha de uranio-238 en la tierra sería

Entonces eso no es tan significativo, pero es solo un factor de 9 lejos del$136 \space W/m^2$necesarios para evaporar los océanos. Entonces, si eliges básicamente cualquier otro material radiactivo para construir tu luna, o haces que la luna sea un poco más masiva, o la pones más cerca de la tierra (la irradiancia escala con la distancia al cuadrado), la producción de calor fácilmente será suficiente para hervir los océanos. A$136\space w/m^2$ese será un proceso lento que probablemente llevará miles de años, pero hay muchos más materiales radiactivos por encontrar. Puede aumentar fácilmente la producción de calor de la luna de desintegración radiactiva en un millón o más, lo que freiría instantáneamente la vida en la Tierra.

La luna es un disco del mismo diámetro que el sol visto desde la tierra, por lo que la radiación térmica también tendrá la misma longitud de onda que el sol cuando la intensidad sea la misma. A$136\space w/m^2$la luna estaría en algún lugar alrededor de rojo o amarillo caliente, pero si aumenta mucho la producción de calor, la luna aparecerá blanca o azul caliente dependiendo de la temperatura que elija. Aunque si la producción de calor absoluto de la luna es demasiado grande, la presión de radiación en sí misma probablemente superará la gravedad de la luna y comenzará a evaporarla. Pero una luna más masiva también aumenta su gravedad, así que solo algo para equilibrar.

Otra opción: la radiación UV

La luna radiante térmica de arriba me dio otra idea: si la luna emite una fuerte luz ultravioleta, hará más o menos lo que quieras. Haga que la luna sea más densa, de modo que tenga menos área de superficie, por lo que las temperaturas serán más altas para una salida de radiación dada. Si la temperatura de la superficie de la luna es de alrededor de 8000 Kelvin, la radiación máxima está en los rayos UV-A, y también hay una cantidad significativa de rayos UV-B. La capa de ozono no absorbe los rayos UV-A y los rayos UV-B solo parcialmente. La radiación solar normal solo tiene el 10% de su energía en ultravioleta, por lo que la irradiancia de esta luna solo necesitará ser una fracción de la irradiancia solar para causar mucho daño. Todavía existe el problema de que si duplicas la radiación ultravioleta natural de esta manera, eso también aumenta el calor recibido por la tierra en un 10%, lo que desencadena el efecto invernadero desbocado descrito anteriormente. Y duplicar el ultravioleta aumentará la incidencia de cáncer de piel, pero no hará inhabitable inmediatamente un lado del planeta. Pero si disminuye un poco la producción solar, o coloca la tierra un poco más lejos del sol, esto podría funcionar. Los cambios en el calor recibido cambiarán los climas, y el calor de la luna que solo llega a un lado de la tierra lo hará aún más, pero supongo que eso también está fuera del alcance.

¿Qué tal algo más indirecto?

Digamos que el mundo es el sitio de un proyecto de colonización parcialmente exitoso. La "luna" es el último satélite de energía que queda de la constelación que impulsó el proceso de terraformación, después de haber salido de su órbita geoestacionaria después de perder el mantenimiento de la estación, pero por lo demás sigue activo. Cuando está arriba, la maquinaria olvidada de terraformación/control del clima en la superficie se activa y funciona sin supervisión, con efectos adversos en los alrededores.

Los descendientes de los colonos podrían haberse adaptado al estado actual del planeta o volverse dependientes de partes de su vida nativa, y ver la terraformación como dañina, o simplemente podría causar daño debido al mal funcionamiento y la falta de control.

Ciertas áreas pueden estar relativamente protegidas debido a la geografía y los patrones climáticos, o debido a fallas locales de las máquinas de terraformación.