Чи повинен космічний корабель ухилятися від міжзоряних хмар?

Мабуть, між зірками є хмари "пилу". Чи повинен зоряний корабель облетіти ці хмари, намагаючись знайти «тунелі» між хмарами, чи міжзоряні хмари нешкідливі для космічного корабля?

В основному я думаю про стирання або (мікро) зіткнення, а не про радіацію, але бажаю також інформацію про останні.

interstellar-medium interstellar-travel

— FJC
джерело

Я не думаю, що на це можна відповісти. Ми не знаємо швидкості корабля або природи його корпусу.

— Джеймс К

Нам доведеться гіпотезувати про природу футуристичної технології, тому це тут немає теми

— Джеймс К

Можливо, обмін стеками для дослідження космосу, вони можуть мати відповіді. У загальному сенсі, так, я думаю, що було б в інтересах високошвидкісних суден уникнути їх. Навіть простий водень стає проблемою при достатньо високій швидкості руху. На швидкості, яку ми зараз можемо досягти, це не було проблемою.

— користувачLTK

Ні, вам не доведеться гіпотезувати про майбутні технології. У центрі уваги питання - характер міжзоряних хмар. Якщо ви припускаєте, що всі матеріали можуть і будуть стиратися, для цього питання не має значення, чи деякі матеріали трохи стійкіші до стирання, ніж інші, особливо зі швидкістю, необхідною для міжзоряного руху. Але ви можете перенести це питання на Physics.SE, якби я міг пов'язати його з питанням, поданим у передвісті Аарона Франка.

@what Як це зараз, ви надто зосереджуєтесь на аспектах інженерії, щоб це було на тему тут. Скажіть мені, чому я не повинен перенести це на дослідження космосу. Це може бути питання про міжзоряні хмари, але це має вплив на космічний корабель, що вимагає знання техніки.

— закликав2voyage

Відповіді:

Так.

Як було зауважено, величина шкоди, заподіяної міжзоряним космічним кораблем, залежить від його швидкості , а також від кількості частинок газу та пилу, які вони стикаються на своєму шляху. Це число, як правило, вимірюється на площу, і в цьому випадку воно називається щільністю стовпця , і дорівнює загальній відстані пройденої в рази щільності частинок , тобто . Наприклад, якщо космічний корабель проїжджає 1 світловий рік ( $v$ $N$ $d$ $n$ $N = nd$ ) через область з щільністю $10^{18}\,\mathrm{cm}$ $10\,\mathrm{cm}^{-3}\!$ , кожен квадратний сантиметр космічного корабля зустріне частинок. $10^{19}$

Тобто, чим швидше ви їдете, тим далі ви проходите, і чим щільніші регіони ви проходите, тим сильніше пошкоджений ваш космічний корабель.

Проект The Breakthrough Starshot має на меті досягти найближчої сусідської зоряної системи Centauri за ~ 20 років, а супутник розміром в грам досягає за допомогою легкого вітрила. Сьогодні вийшов документ Hoang et al. розрахунок суми збитків, завданих таким супутником. Загальна щільність стовпців газу від Землі до Cen становить , і при умові (досить) відношення пилу до газу 1% та популяції зерна вуглекислого / силікатного пилу з Weingartner & Draine (2001) розподілу розмірів, вони обчислюють, що це $\alpha$ $0.20c$ $\alpha$ $\sim10^{17.5\mathrm{-}18}\mathrm{cm}^{-2}$ Поїздка до Cen розмиє поверхню космічного корабля до товщини порядку 1 мм $\alpha$ .

$v=0.2c$ $\lesssim10\,\mathrm{cm}^{-3}$

Молекулярні хмари - щільні хмари, де народжуються зірки - мають щільність від і навіть до , тобто багато порядків вище, ніж приблизно зустрічаються у більш розрідженому міжзоряному середовищі. Щоб досягти ще більш віддалених зірок у терпимий час, вам доведеться їхати швидше, ніж на , і, таким чином, здається, що насправді є цілою ідеєю ухилитися від цих хмар. $10^2\,\mathrm{cm}^{-3}$ $10^6\,\mathrm{cm}^{-3}$ $1\,\mathrm{cm}^{-3}$ $0.2c$

— пела
джерело

Дякую тобі за це. Гарний. Таким чином, космічний корабель повинен був або (а) їхати повільно, (б) уникати більш щільних ділянок, або (в) регулярно замінювати передні частини його корпусів. Залежно від місця подорожі, стратегія подорожі може охоплювати всі три в різній мірі.

@what: Так. Я не робив жодних розрахунків, але я гадаю, що швидкість набагато вища, ніж 0.2c, була б занадто руйнівною. Ваша ідея із заміною деталей, ймовірно, є доброю. корпус корабля, але вітрило може бути складніше.

— пела

@what Є потенційно простіше рішення, яке можна назвати "дефлекторними щитами". Більшість міжзоряних частинок є іонізованими, і тому їх можна відхилити магнітним полем. Я вважаю, що деякі експерименти були зроблені над цією ідеєю, і це дозволяє припустити, що досить слабке (і, ймовірно, розумне досягнення на практиці) поле, створене вивільненням власних іонізованих частинок, є достатнім для відхилення більшості частинок.

— zibadawa timmy

@zibadawatimmy Невже це не призведе до зламу? Чи це відхиляє швидку швидкість на 0.2c?

@pela Так, молекулярні хмари - це здебільшого нейтральний діатомічний водень, тож ти з ними все-таки матимеш багато проблем. Я думав здебільшого в іонізованому середовищі, або іншим чином пом'якшуючи шкоду від іонізованих частинок у зоряному вітрі. Я вважаю, що ці експерименти я згадую про такі речі, як місії на Марс.

— zibadawa timmy

Пов'язане: /physics/26326/how-dense-are-nebulae

Порівняємо туманності з щільністю повітря, де орбітає МКС, на 400 000 метрів. Згідно з Вікіпедією , тиск повітря на заданій висоті задається рівнянням

p = p_{0} {(1 - \frac{L h}{T_{0}})}^{\frac{g M}{R L}}

$p = p_0 \left(1 - \frac{Lh}{T_0} \right)^\frac{gM}{RL}$

або . $101.325\left(1 - \frac{0.0065×400000}{288.15}\right)^{(9.80665×0.0289644)/(8.31447×0.0065)}$

Google Калькулятору це не подобається ^, але розміщення його по частинах дає -5737666.10745. Потім знайдемо щільність за рівнянням

ρ = \frac{p M}{R T}

$ρ = \frac{pM}{RT}$

або що становить -8.08192432875. На жаль, Вікіпедія не каже мені, в якій одиниці знаходиться це число (тільки що це "молярна форма" і що це щільність), тому, на жаль, я повністю застряг тут і не можу закінчити відповідати на питання. Сподіваємось, ця часткова відповідь допомогла комусь зробити повну відповідь. $\frac{-5737666.10745×0.0289644}{8.31447×2473.15}$

— Аарон Франке
джерело

проголосували за зусилля. :-)

— користувачLTK

Це (розширений) коментар, а не відповідь, яку я боюся.

— adrianmcmenamin

@RobJeffries Як так? Звичайно, так і є! Це, безумовно, має велику різницю, чи відправляється ваш корабель у зону майже нічого, порівняно з областю відносно високої атмосферної щільності.

— Аарон Франке

Можливо, мій коментар трохи розпливчастий. Я маю на увазі, де ви оцінювали чи цитували критичні параметри - щільність ISM та розподіл розміру пилових частинок? Що стосується МКС, що подорожують через атмосферу Землі?

— Роб Джефріс