Müsste ein Raumschiff interstellaren Wolken ausweichen?

Anscheinend gibt es Staubwolken zwischen den Sternen. Müsste ein Raumschiff um diese Wolken fliegen und versuchen, "Tunnel" zwischen den Wolken zu finden, oder sind die interstellaren Wolken für ein Raumschiff harmlos?

Ich denke hauptsächlich an Abrieb oder (Mikro-) Kollisionen, nicht an Strahlung, würde aber auch Informationen über letztere begrüßen.

interstellar-medium interstellar-travel

— FJC
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Ich glaube nicht, dass dies beantwortet werden kann. Wir kennen weder die Geschwindigkeit des Schiffes noch die Art seines Rumpfes.

— James K

Wir müssten eine Hypothese über die Natur der futuristischen Technologie aufstellen, daher ist dies hier kein Thema

— James K

Vielleicht haben sie den Austausch von Weltraumerkundungsstapeln und vielleicht einige Antworten. Im Allgemeinen, ja, ich denke, es wäre im Interesse eines Hochgeschwindigkeitsfahrzeugs, sie zu vermeiden. Selbst einfacher Wasserstoff wird zu einem Problem bei ausreichend hoher Geschwindigkeit. Bei den Geschwindigkeiten, die wir derzeit erreichen können, war dies kein Problem.

— userLTK

Nein, Sie müssen keine Hypothesen über zukünftige Technologien aufstellen. Der Fokus der Frage liegt auf der Natur der interstellaren Wolken. Wenn Sie davon ausgehen, dass alle Materialien abgerieben werden können und werden, spielt es für diese Frage keine Rolle, ob einige Materialien etwas abriebfester sind als andere, insbesondere bei den für die interstellare Bewegung erforderlichen Geschwindigkeiten. Aber Sie können diese Frage gerne in die Physik verschieben. SE, wenn ich sie mit der Frage in Aaron Frankes Antwort in Verbindung bringen könnte.

@what Wie es gerade ist, konzentrieren Sie sich zu sehr auf Aspekte des Ingenieurwesens, als dass dies hier zum Thema werden könnte. Sagen Sie mir, warum ich dies nicht auf Space Exploration migrieren sollte. Es mag eine Frage zu interstellaren Wolken sein, aber es ist die Frage, welche Auswirkungen dies auf ein Raumschiff haben würde, für das technische Kenntnisse erforderlich sind.

— Called2voyage

Antworten:

Ja.

Wie bereits erwähnt, hängt die Höhe des von einem interstellaren Raumschiff erlittenen Schadens von seiner Geschwindigkeit sowie von der Anzahl der Gas- und Staubpartikel ab, denen es auf seinem Weg begegnet. Diese Zahl wird normalerweise pro Fläche gemessen. In diesem Fall wird sie als Säulendichte bezeichnet und ist gleich der zurückgelegten Gesamtstrecke mal der Teilchendichte , dh . Zum Beispiel, wenn ein Raumschiff 1 Lichtjahr fährt ( $v$ $N$ $d$ $n$ $N = nd$ ) durch einen Bereich mit einer Dichte von $10^{18}\,\mathrm{cm}$ $10\,\mathrm{cm}^{-3}\!$ Jeder Quadratzentimeter des Raumschiffs trifft auf Partikel. $10^{19}$

Das heißt, je schneller Sie fahren, je weiter Sie fahren und je dichter die Regionen sind, desto mehr wird Ihr Raumschiff beschädigt.

Das Breakthrough Starshot- Projekt zielt darauf ab, in ~ 20 Jahren unser nächstgelegenes Sternensystem Centauri zu erreichen , wobei ein gramgroßer Satellit mit einem leichten Segel erreicht . Heute gab es eine Arbeit von Hoang et al. Berechnung der Höhe des von einem solchen Satelliten erlittenen Schadens. Die Gesamtsäulendichte von Gas von der Erde zu Cen beträgt , wobei (ziemlich) ein Staub-Gas-Verhältnis von 1% und eine kohlenstoffhaltige / silikatische Staubkornpopulation mit einem Weingartner & Draine angenommen wird (2001) Größenverteilung berechnen sie dies $\alpha$ $0.20c$ $\alpha$ $\sim10^{17.5\mathrm{-}18}\mathrm{cm}^{-2}$ Die Reise nach Cen erodiert die Oberfläche des Raumfahrzeugs auf eine Dicke in der Größenordnung von 1 mm $\alpha$ .

Der größte Teil des Schadens wird durch Staub verursacht, nicht durch Gas, aber im Prinzip kann Gas das Raumschiff langsam erwärmen. Bei ist die Dichte jedoch $v=0.2c$ die Temperatur nicht aus, um ein Schmelzen zu verursachen. $\lesssim10\,\mathrm{cm}^{-3}$

Molekülwolken - die dichten Wolken, in denen Sterne geboren werden - haben eine Dichte von und sogar bis zu $10^2\,\mathrm{cm}^{-3}$ , dh viele Größenordnungen höher als die ungefähr $10^6\,\mathrm{cm}^{-3}$ im verdünnteren interstellaren Medium gefunden. Um in einer erträglichen Zeit noch weiter entfernte Sterne zu erreichen, müsste man schneller als, und daher scheint es tatsächlich eine gute Idee zu sein, diesen Wolken auszuweichen. $1\,\mathrm{cm}^{-3}$ $0.2c$

— Pela
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Danke für das. Schön. Ein Raumschiff müsste also entweder (a) langsam fahren, (b) dichteren Bereichen ausweichen oder (c) die vorderen Teile seiner Rümpfe regelmäßig ersetzen. Je nach Reiseziel kann die Reisestrategie alle drei in unterschiedlichem Maße umfassen.

@was ja. Ich habe keine Berechnungen durchgeführt, aber ich vermute, dass Geschwindigkeiten, die viel höher als diese 0,2 c sind, zu destruktiv wären. Ihre Idee mit dem Austausch von Teilen ist wahrscheinlich gut. der Körper des Schiffes, aber das Segel kann schwieriger sein.

— Pela

@what Es gibt eine möglicherweise einfachere Lösung, die als "Deflektorschilde" bezeichnet werden könnte. Die meisten interstellaren Teilchen sind ionisiert und können daher durch ein Magnetfeld abgelenkt werden. Ich glaube, einige Experimente wurden mit dieser Idee durchgeführt und legen nahe, dass ein ziemlich schwaches (und in der Praxis wahrscheinlich vernünftiges) Feld, das durch die Freisetzung eigener ionisierter Partikel erzeugt wird, ausreicht, um die meisten Partikel abzulenken.

— Zibadawa Timmy

@zibadawatimmy Hätte das nicht einen brechenden Effekt? Lenkt das bei 0,2c schnell genug ab?

@pela Ja, Molekülwolken sind meistens neutraler zweiatomiger Wasserstoff, daher würden Sie immer noch große Probleme damit haben. Ich dachte hauptsächlich in einem ionisierten Medium oder milderte auf andere Weise den Schaden durch die ionisierten Partikel in einem Sternwind. Ich glaube, diese Experimente, an die ich mich erinnere, betrafen Dinge wie Missionen zum Mars.

— Zibadawa Timmy

Siehe auch: /physics/26326/how-dense-are-nebulae

Vergleichen wir die Nebel mit der Luftdichte, in der die ISS auf 400 000 Metern umkreist. Laut Wikipedia ist der Luftdruck in einer bestimmten Höhe durch die Gleichung gegeben

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

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

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

Google Calculator gefällt das nicht ^, aber wenn Sie es Stück für Stück eingeben, erhalten Sie -5737666.10745. Dann finden wir die Dichte mit der Gleichung

ρ = \frac{p M}{R T}

$ρ = \frac{pM}{RT}$

oder was -8.08192432875 ist. Leider sagt mir Wikipedia nicht, in welcher Einheit sich diese Zahl befindet (nur dass es sich um eine "molare Form" handelt und dass es sich um eine Dichte handelt). Leider stecke ich hier völlig fest und kann die Frage nicht vollständig beantworten. Hoffentlich hat diese Teilantwort jemandem geholfen, eine vollständige Antwort zu geben. $\frac{-5737666.10745×0.0289644}{8.31447×2473.15}$

— Aaron Franke
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stimmte für Mühe. :-)

— userLTK

Dies ist ein (erweiterter) Kommentar, keine Antwort, fürchte ich.

— Adrianmcmenamin

@RobJeffries Wie so? Natürlich tut es das! Es macht definitiv einen großen Unterschied, ob Ihr Schiff in ein Gebiet mit fast nichts fährt oder in ein Gebiet mit relativ hoher atmosphärischer Dichte.

— Aaron Franke

Vielleicht ist mein Kommentar etwas vage. Ich meine, wo haben Sie die kritischen Parameter geschätzt oder zitiert - die ISM-Dichte und die Größenverteilung von Staubpartikeln? Was hat die ISS, die durch die obere Erdatmosphäre reist, mit irgendetwas zu tun?

— Rob Jeffries