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宇宙から地球に太陽光発電の電気をワイアレス送信

Posted by moonrainbow on 21.2024 地球   0 comments   0 trackback
宇宙から地球へ、太陽光のパワービームをワイヤレス送信することで電気を安定供給する試み

ワイヤレス送信

宇宙から地球に太陽光発電の電気をワイアレス送信
 
宇宙は太陽の光を遮るものがない。ならば宇宙にソーラーパネルを設置し、ここで発電した電気を地球に送ることはできないだろうか? しかもワイヤレスで。

 カリフォルニア工科大学の研究チームは、そんなSF映画のような技術に挑んでいる。これが実用化されれば、電線など張り巡らさなくても、地球上のどこにも簡単に送電できるようになる。

 昨年行われた実験では、宇宙空間でワイヤレス送電に成功したほか、きちんと検出できるだけのエネルギーを地上に送信できることをも実証している。

 研究チームによれば、それは電気の民主化をもたらす技術であるという


宇宙で作った電気を地球にワイヤレス送信する方法
 
宇宙で太陽光発電をするメリットは、太陽のエネルギーをいつでも使えることだ。

 地上のソーラーパネルは、夜はもちろん、雨や曇りのような天気でも発電しなくなる。だが宇宙でならば、そのような条件に左右されることはない。

 その性能は素晴らしく、宇宙に太陽光パネルを設置すれば、発電量は地上のパネルの8倍になると推定されている。

 だが、問題は宇宙で発電した電気を地球に届ける方法だ。まさかやたらと長い電線で宇宙と地球をつなぐわけにもいかないだろう。

 そのための秘策が、ワイヤレス送電だ。宇宙からエネルギーをマイクロ波の形で地球に照射し、地上で電気に変換して利用するのだ。

 それを実現するのが、カリフォルニア工科大学の研究チームが開発したマイクロ波送電器アレイ「MAPLE(Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment)」だ


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MAPLEの内部イメージ。宇宙空間でワイヤレス送電することに成功 / image credit: Caltech

昨年の実験で宇宙から地球に電気を送ることに成功
 
昨年行われたMAPLEの実験では、実際に宇宙空間でワイヤレス送電するだけでなく、宇宙から地球に電気を送ることにも成功している。

 宇宙太陽光発電実証機「SSPD-1」に搭載されて宇宙へ打ち上げられたMAPLEは、送信機から30cmほど離れた受信機にマイクロ波を照射。これをキャッチして再び電気に変換し、LEDライトを点灯させることに成功した。

 さらに宇宙から地上の研究所の屋根に設置された受信機にマイクロ波を送信することにも成功。そのエネルギー波は、狙った通りのタイミングと周波数で見事受信されている。

 このようにMAPLEがワイヤレス送電に成功したのも素晴らしいが、それが宇宙空間で実際に機能することが確認されたのも大きい。

 MAPLEは柔軟かつ軽量な作りで、密閉もされていない。にもかかわらず、温度変化が大きく、太陽光にもにさらされる過酷な宇宙空間で機能することが実証されたのである


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カリフォルニア工科大学キャンパス内の研究所の屋根で、宇宙から送られてきたエネルギー波をキャッチすることにも成功している/Image credit: Ali Hajimiri/Calech

「干渉」という量子現象を利用

 MAPLEは、「干渉」という量子現象を利用することでエネルギーのワイヤレス送信を行なっている。

 光には波としての性質があり、水面に広がる波紋のように空間を伝わる。そこで、空間を2つの光の波が広がっているところを想像してほしい。そして、この2つの波がぶつかりあったとする。

 この時、ちょうど波の一番高いところ同士でぶつかれば、元の高さよりさらに高い波ができる(建設的干渉)。それとは反対に、一方の波が一番高いタイミングで、もう一方の波が一番低いタイミングだと、波と波は打ち消しあう(相殺的干渉)。

 こうした性質を上手に利用して、複数の光源から波を送ると、エネルギーを一方向に向けることができる。また波のタイミングを上手に合わせてやれば、虫眼鏡で光を集中させるように、エネルギーを小さな領域に集中させることもできる。

 MAPLEによるワイヤレス送電は、これを利用したものだ。波のタイミングを正確にコントロールして、エネルギー波が向かう方向をナノ秒という超高速で調節する。この結果、エネルギー波は狙った場所にだけ向けられ、それ以外の場所には向かわない


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MAPLEの内部。右にあるのが送信機、左にあるのが受信機/Image credit: SSPP

最終目標は電気の民主化
 
カリフォルニア工科大学によるこのプロジェクトが最終的に目指すのは、宇宙で太陽光発電し、それを地球の必要な場所にワイヤレス送電するためのモジュール式宇宙船団を作ることだ。

 プロジェクトの中心人物アリ・ハジミリ博士は、プレスリリースでそれを電気の民主化と呼んでいる。
インターネットが情報へのアクセスを民主化したのと同じように、私たちはワイヤレス送電が電気へのアクセスを民主化することを望んでいます
 この技術が実用化されれば、電気を送るために電線を張り巡らせる必要はなくなる。人里離れた僻地、あるいは戦争や自然災害で荒廃した地域にも簡単に電気を送れるようになるのだ


How Does Wireless Power Transfer Work?



2024年02月18日
カラパイアより

AIで宇宙の脅威を監視

Posted by moonrainbow on 05.2024 地球   0 comments   0 trackback
AIで宇宙の脅威を監視、殺人小惑星「衝突回避」への期待

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Wonderfulengineering

人工知能はしばしば人類への潜在的脅威と結びつけられてきたが、最近、人間の科学者よりも先に差し迫った危険を特定する能力を実証した

HelioLinc3Dと命名されたアルゴリズムは、「潜在的に危険な小惑星」(PHA)、2022 SF289の検出に成功した。この発見によって、AIによる発見の意義と、地球の安全に対するより広い意味合いについて熟考が促されるだろう。

長さ約600フィートの2022 SF289は、予測される軌道によって「潜在的に危険な」存在として認識されている。チリ北部にあるベラ・ルービン天文台が設計した天文アルゴリズム、HelioLinc3Dの優れた能力によって、この小惑星は同定された。

「潜在的に危険である」の意味は、必ずしも差し迫った大災害とイコールではない。科学者たちの評価では、2022 SF289が今後100年以内に地球に衝突する可能性は依然として低い。しかし、この発見は、惑星の安全性に関するより広範な懸念を強調するものである。現在の記録では2350個のPHAがリストアップされているが、専門家はさらに3000個以上のPHAが未発見のまま宇宙空間に存在していると予測している。

かなりの速度で宇宙空間を疾走している37個の巨石について、NASAが前年実験的試みをおこなった記憶も残っている。幸いなことに、地球からの距離はまだ数百万マイルであるが、このことは、このような物体が私たちの宇宙の近くに潜在的な危険をもたらすことを強調している。

HelioLinc3Dの功績は、2022年のSF289の特定にとどまらない。チリのベラ・ルービン天文台のために開発されたこのアルゴリズムの成功は、潜在的に危険な天体を検出する従来の方法を凌駕する能力を証明した。予想されるベラ・ルービン天文台の打ち上げを考慮すると、この成果はさらに有望であり、天体の脅威を監視する能力を高めることになる。

ワシントン大学の研究者であり、HelioLinc3Dの主要な開発者であるアリ・ハインゼは、このアルゴリズムが惑星の安全を強化する可能性について楽観的な見方を示している。ハインゼは、この発見が、アルゴリズムの現実世界での有効性を示すだけでなく、地球の安全強化にいかに貢献するかを強調している。

HelioLinc3Dと天文台が今後協力する可能性があることは、2022 SF289のような潜在的に危険な天体を毎晩特定することを可能にし、警戒の様相が変わることを示唆している。

2022年SF289の驚くべき同定は、宇宙モニタリングにおける進歩の道標であり、潜在的な宇宙の危険に直面した際の警戒強化への期待に火をつけるものなのだ。

(この記事は、英国のテクノロジー特化メディア「Wonderfulengineering.com」から翻訳転載したものである)


2024年2月3日
Forbes JAPANより

地球の内核は8.5年周期でぐらついてい

Posted by moonrainbow on 19.2024 地球   0 comments   0 trackback
地球の内核は8.5年周期でぐらついている、新たな研究で判明

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地球の中心部では定期的に不思議な揺らぎが起きているようだ。そこにある内核(コア)が8.5年ごとに自転軸を中心にぐらついているらしいのだ

 中国、武漢大学の研究チームによると、このぐらつきは、内核とマントルのわずかなズレによって引き起こされている可能性が高い。

 地球の自転についての従来の説では、その2つは一致していると考えられてきた。だが『Nature Communications』(2023年12月8日付)に掲載された研究では、それをくつがえす結果が出ている。

 今回判明した内核の傾きは、やがて液体コアの形や運動を変化させ、地磁気を左右する可能性もあるそうだ。

地球の内核が周期的にぐらついている
 地上からおよそ2900キロの地下、地球の中心部にあるのが「コア(核)」だ。主に金属で構成されたそれは2重構造となっており、液体でできた「外核」と、固体でできた「内核」がある


 地中の奥深くにあるが、地球の物理活動に関係しているため、1日の長さから地磁気までさまざまな現象を左右しており、その意味で私たちの生活と密接につながっている。

 このコアの内部構造をもっと理解するため、2019年、武漢大学のディン・ハオ氏らは、地球の地殻に対する自転軸の動き(「極運動」という)を調べてみた。

 そして判明したのが、およそ8.5年ごとに極運動にわずかなズレが起きているということだ。どうも、コマ(回転するあのコマだ)の軸の揺れにも似た「内核のぐらつき」があるらしいのだ


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photo by iStock

内核とマントルの傾きがズレている
 
そして今回発表された最新の研究では、自転軸の周期的な動きに起因して生じる1日の長さのわずかな変化を測定することで、前回の研究結果の正しさを再確認している。

 それによると、内核のぐらつきは、内核とマントル(核の外側にある層)の傾きに0.17度のズレがあることが原因であるようだ。

 従来、内核とマントルの自転軸は一致していると考えられていたが、それをくつがえす発見であるという。

 ではなぜ内核とマントルの傾きはズレているのか?

 研究チームは、内核の北西半球側の密度がほかの部分より層よりもわずかに高いことが原因と考えている。そして、ここからは内核と外核にも密度の違いがあるだろうことが示唆されるのだそうだ。

 この発見は、固体の内核と液体の外核に含まれる金属の組成の違いを知るヒントになる。

 さらには、地震から磁場の変化にいたるまで、地球の内核と私たちの暮らしとの関わりを理解する手助けもしてくれるとのことだ


2024年1月14日
カラパイアより

地球の重力が接近する小惑星を分裂させている可能性

Posted by moonrainbow on 12.2024 地球   0 comments   0 trackback
地球の強烈な重力が接近する小惑星の岩石を分裂させ衝突リスクを軽減させている可能性

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地球の重力が接近する小惑星を分裂させている可能性
 
もしかしたら地球は、スーパーヒーローによって迫りくる小惑星の直撃から守られているのかもしれない。そのヒーローの正体は「重力」だ。

 スウェーデンなどの研究チームによると、惑星や衛星が発揮する「潮汐力」によって、大きな小惑星が引き裂かれている可能性があるという。

 そのことを裏付けるシミュレーションの結果は、現在『arXiv』(2023年12月13日付)に投稿された査読前論文で読むことができる


なぜ小惑星は地球に直接衝突しないのか?

 地球に衝突する恐れがある巨大小惑星が接近! というニュースはよく見かける。

 だが不思議じゃないだろうか? 接近することはあるものの、小惑星がそのまま地球に衝突したというケースはほとんど聞かない。

 スーパーヒーローが人知れず、危険な小惑星から地球を守ってくれているのかもしれない。そう考えるのはSFマニアだけではない


 科学者の中にも同じ考え方の人たちがいる。だが彼らにとってのスーパーヒーローは超人ではなく、「惑星や衛星の重力」だ。

 この地球上では、月の引力によって海の潮汐が起きているが、それと同じ力、すなわち「潮汐力」が小惑星にもかかっている。

 それが十分に大きければ、不用意にも近づいてくる小惑星は引き裂かれ(潮汐破壊現象)、小さく砕かれてしまう。おかげで地球との衝突は未然に防がれる。

 そのようなことは実際に起きている。

 たとえば1992年、「シューメーカー・レビー第9彗星」は、木星からの強力な潮汐力によって引き裂かれ、その破片が1994年に木星に衝突した


 とはいえ実際のところ、地球などに接近した小惑星や彗星が潮汐破壊されるという証拠は、科学者が以前から探し続けてきたというのに見つかっていない

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我々の地球のまわりには何千もの小惑星がある / image credit:NASA/JPL-Caltech

小惑星と考えられていたのは、小惑星の破片だった
 
今回の研究を行ったスウェーデン、ルレオ工科大学の惑星科学者ミカエル・グランビック氏も、重力をスーパーヒーローと考える一人だ。

 彼によると、地球による潮汐破壊の証拠がなかなか見つからない理由は、引き裂かれた小惑星のかけら(破片)が他の小惑星とすぐに混ざってしまうからであるらしい。

 そこで彼らは、大きさが異なる小惑星の軌道を計算するモデルを作り、その結果から太陽とさまざまな距離にある小惑星の数を推定することにした


 だが、その結果を現実の観測データと比べてみたところ、モデルが示す小惑星の数は、実際よりずっと少なかったのだ。

 特に大きく食い違ったのは、地球や金星と同じ距離にある小惑星だ。そうしたモデルが捉えきれていなかった小惑星のほとんどは、とても小さなごちゃごちゃしたものだった。

 ならば、そうした小さな小惑星こそが、重力で引き裂かれた小惑星のかけらなのではないか?

 こう考えたグランビック氏らは、今度は潮汐破壊の影響も考慮して、シミュレーションを行なってみた。

 すると今度こそは、現実の小惑星の数をきちんと再現することができたのだ。それは地球や金星の潮汐力によって小惑星が砕かれるという仮説を裏付ける、強力な結果だ。
もともとひとまとまりだった小惑星グループを見つけるのは難しいのですが、複数のグループを組み合わさることで、きちんと識別できるサインが現れます(グランビック氏)


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距離2 au未満、軌道傾斜角25°未満の地球近傍天体が、地球に接近して潮汐破壊を起こした場合の分布を示す。(左)は潮汐破壊後10万年、(右)は検証された小惑星すべてが安定する位置に到達した場合のもの/Credit: arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2312.08247

ただし重力が小惑星を引き裂くことで悪影響
 
その後のシミュレーションからは、そうした破片がかなりの長期間、漂っているらしいことがわかっている。

 潮汐破壊されてから太陽や惑星に衝突したり、太陽系から追い出されたりするまでの平均時間はじつに900万年だ。

 重力による潮汐破壊は地球を守るスーパーヒーローと言っておきながら、じつはそれは地球と衝突する可能性がある天体をたくさん作り出す諸刃の剣でもある。

 だが破片は直径1キロよりも小さなもの。ツングースカやチェリャビンスク級のの衝突なら引き起こすかもしれないが、少なくとも、人類滅亡レベルの脅威をもたらすものではないと、グランビック氏は考えている


2024年01月07日
カラパイアより

新たな時代区分「人新世(じんしんせい、ひとしんせい)」が定められようとしている

Posted by moonrainbow on 07.2024 地球   0 comments   0 trackback
研究者が「月の人新世」を提唱 人類の活動による影響は月にも及んでいる?

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アポロ11号のミッションで地震計を設置するバズ・オルドリン宇宙飛行士

今、私たちは新生代第四紀の完新世と呼ばれる時代を生きています。完新世は最終氷期の終わりとともに約1万1700年前に始まったとされていますが、これに続く新たな時代区分として「人新世(じんしんせい、ひとしんせい)」が定められようとしているのをご存知でしょうか

人新世は地球環境に対する人類の影響が顕著に現れるようになった時代として、ノーベル化学賞受賞者のパウル・クルッツェンさんが2000年に提唱しました。2023年7月には化石燃料の使用や核実験といった人類活動の痕跡が湖底の堆積物に残るカナダのクロフォード湖が人新世の基準地に選ばれましたが、そのような痕跡は日本の別府湾の海底堆積物など地球のあちこちに残されています

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2022年11月~12月にかけて実施されたアメリカ航空宇宙局(NASA)の「アルテミス1」ミッションにて「オリオン(Orion)」宇宙船のカメラで撮影された月と地球

現在検討されているのは「地球の」地質時代としての人新世ですが、忘れてはならないのは、人類の活動領域がすでに宇宙にまで広がっているという事実です。カンザス大学・カンザス州立地質調査所(KGS)の博士研究員Justin Holcombさんを筆頭とする研究チームは、20世紀半ばから人類による有人・無人の探査活動が始まった「月でも」人新世を定める時が来たと主張しています。研究チームのコメントはNature Geoscienceに掲載されています。

1959年9月に初めて月へ到達した旧ソ連の無人探査機「ルナ2号(Luna 2)」以降、有人無人を問わず多数の探査機や着陸船などが月面に着陸・衝突してきました。たとえばアメリカ航空宇宙局(NASA)のアポロ計画で月面に残された人工物には、月着陸船の降下ステージに月面車、各種科学装置や旗だけでなく、ゴルフボール(アポロ14号のアラン・シェパード船長が打ったもの)まで含まれています。また、NASAの月周回衛星「ルナ・リコネサンス・オービター(LRO)」が撮影した画像からは、探査機の衝突で生じたクレーターの位置を正確に特定することもできます


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インドの月探査ミッション「チャンドラヤーン3号」のローバー(探査車)に搭載されているカメラで2023年8月30日に撮影されたランダー(着陸機)

月には地球のような大気がなく、侵食や堆積といった表面の変化は地球よりもずっと遅く進行するため、こうした痕跡は月面に長い間残されることになります。研究チームは、民間宇宙企業による月面へのアクセスが活発化しつつある今、月面に対する影響の記録・研究を促進するために、ルナ2号の衝突で始まった可能性がある「月の人新世」を定める時が来たと述べています。

人類の影響は月を訪れた痕跡だけに留まるとは限りません。月にもガスや塵でできた希薄な大気は存在することが知られていますし、近年の観測結果をもとに、月の極地の永久影には氷(水の氷)が埋蔵されていると考えられています。月に送り込まれた探査機は着陸する時にロケットエンジンを使用しますが、2020年に発表された研究によると、エンジンの燃焼ガスが月の周囲に一時的な薄い大気を形成し、ガスに含まれる水蒸気の多くは月の極地にまで移動している可能性がシミュレーションで示されたといいます。研究チームはこの研究成果を引用して、将来の月探査ミッションでは希薄な大気や永久影の氷といった燃焼ガスの影響を受けやすい月の環境を考慮する必要があると指摘しています


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アポロ11号のミッションで月面に刻まれた宇宙飛行士の足跡

その歴史を通して、人類は地球のあちこちに遺跡を残しつつ、地球の環境にまで影響を及ぼすようになりました。新たな宇宙開発競争の下では50年後の月の景色は一変してしまうかもしれないと述べるHolcombさんは、「月は不変である」という通説を払拭し、人類が及ぼす月面への影響について手遅れになる前に議論を始めることを目指しているといいます。

ただ、研究チームは月に対する人類の影響すべてをネガティブに捉えてはいません。月面に刻まれた宇宙飛行士の足跡についてHolcombさんは、アフリカに始まった現生人類の旅路の延長に位置付けられる極めて重要なマイルストーンだと語っています。国内外の民間企業が月に着陸機を送り込むようになり、およそ半世紀ぶりの有人月面探査計画も進められている今こそ、月面の環境と人類の遺産の保護・保存を真剣に考え始めるべき時なのかもしれません


Source
The University of Kansas - Scholars say it’s time to declare a new epoch on the moon, the ‘Lunar Anthropocene’

2023年12月15日
sorae 宇宙へのポータルサイトより
 

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