Un'astronave dovrebbe sfuggire alle nuvole interstellari?

Apparentemente, ci sono nuvole di "polvere" tra le stelle. Un'astronave dovrebbe volare attorno a quelle nuvole, cercando di trovare "tunnel" tra le nuvole, o le nuvole interstellari sono innocue per un'astronave?

Sto pensando principalmente in termini di abrasione o (micro) collisioni, non di radiazioni, ma gradirei anche informazioni su quest'ultimo.

interstellar-medium interstellar-travel

— FJC
fonte

Non credo si possa rispondere a questa domanda. Non conosciamo la velocità della nave o la natura del suo scafo.

— James K,

Dovremmo ipotizzare la natura della tecnologia futuristica coinvolta, quindi qui è fuori tema

— James K

Forse lo scambio di stack di esplorazione spaziale, potrebbero avere delle risposte. In senso generale, sì, penso che sarebbe nell'interesse di un'imbarcazione ad alta velocità evitarli. Anche l'idrogeno semplice diventa un problema con velocità di marcia sufficientemente elevate. Alle velocità che siamo attualmente in grado di raggiungere, non è stato un problema.

— userLTK

No, non devi ipotizzare sulla tecnologia futura. Il focus della domanda è sulla natura delle nuvole interstellari. Se si presume che tutti i materiali possano e saranno abrasi, non importa per questa domanda se alcuni materiali sono leggermente più resistenti all'abrasione di altri, specialmente alle velocità necessarie per la corsa interstellare. Ma sei il benvenuto a spostare questa domanda in fisica. ES, se potessi metterla in relazione con la domanda posta nella risposta di Aaron Franke.

@what Come è in questo momento, ti stai concentrando troppo sugli aspetti dell'ingegneria per questo sull'argomento qui. Dimmi perché non dovrei migrare a Space Exploration. Potrebbe essere una domanda sulle nuvole interstellari, ma è quale effetto avrebbe su un'astronave, che richiede una conoscenza dell'ingegneria.

— chiamato2voyage

Risposte:

Sì.

Come è stato commentato, la quantità di danno subita da un'astronave interstellare dipende dalla sua velocità , nonché dal numero di particelle di gas e polvere che incontra sulla sua strada. Questo numero viene solitamente misurato per area, nel qual caso si chiama densità di colonna , ed è uguale alla distanza totale percorsa per la densità di particelle , ovvero . Ad esempio, se un'astronave percorre 1 anno luce ( $v$ $N$ $d$ $n$ $N = nd$ ) attraverso una regione con una densità di $10^{18}\,\mathrm{cm}$ $10\,\mathrm{cm}^{-3}\!$ , ogni centimetro quadrato dell'astronave incontrerà particelle. $10^{19}$

Cioè, più veloce vai, più vai avanti e più regioni dense attraversi, più la tua astronave viene danneggiata.

Il progetto Breakthrough Starshot mira a raggiungere il nostro sistema stellare più vicino Centauri in circa 20 anni, con un satellite di dimensioni grammi che raggiunge per mezzo di una vela leggera. Oggi, c'era un articolo di Hoang et al. calcolare l'entità del danno subito da tale satellite. La densità totale della colonna di gas dalla Terra a Cen è , e presupponendo (abbastanza) un rapporto polvere-gas dell'1% e una popolazione di granuli di polvere di carbone / silicato con Weingartner & Draine (2001) distribuzione delle dimensioni, calcolano che questo $\alpha$ $0.20c$ $\alpha$ $\sim10^{17.5\mathrm{-}18}\mathrm{cm}^{-2}$ il viaggio verso Cen eroderà la superficie del veicolo spaziale con uno spessore dell'ordine di 1 mm $\alpha$ .

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

Le nuvole molecolari - le nuvole dense dove nascono le stelle - hanno densità da e persino fino a , cioè molti ordini di grandezza superiori a circa trovati nel mezzo interstellare più diluito. Per raggiungere stelle ancora più distanti in un tempo tollerabile, dovresti andare più veloce di , e quindi sembra che in effetti sia una buona idea eludere queste nuvole. $10^2\,\mathrm{cm}^{-3}$ $10^6\,\mathrm{cm}^{-3}$ $1\,\mathrm{cm}^{-3}$ $0.2c$

— Pela
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Grazie per questo. Bellissimo. Quindi un'astronave dovrebbe o (a) andare piano, (b) eludere aree più dense o (c) sostituire regolarmente le parti anteriori dei suoi scafi. A seconda della destinazione del viaggio, la strategia di viaggio potrebbe comprendere tutti e tre a livelli diversi.

@cosa: sì. Non ho fatto alcun calcolo, ma la mia ipotesi è che velocità molto più elevate di quelle 0.2c sarebbero troppo distruttive. La tua idea con la sostituzione di parti è probabilmente buona. il corpo della nave, ma la vela potrebbe essere più difficile.

— pela,

@what Esiste una soluzione potenzialmente più semplice, che potrebbe essere soprannominata "deflector shields". La maggior parte delle particelle interstellari sono ionizzate e quindi possono essere deviate da un campo magnetico. Credo che siano stati fatti alcuni esperimenti sull'idea e suggerire che un campo abbastanza debole (e probabilmente ragionevole da realizzare in pratica), generato dal rilascio di particelle ionizzate di per sé, è sufficiente per deviare la maggior parte delle particelle.

— zibadawa timmy,

@zibadawatimmy Non avrebbe un effetto di rottura? Ciò devia abbastanza velocemente a 0,2c?

@pela Sì, le nuvole molecolari sono per lo più idrogeno biatomico neutro, quindi avresti ancora molti problemi con quelle. Stavo pensando principalmente in un mezzo ionizzato, o altrimenti mitigando il danno dalle particelle ionizzate in un vento stellare. Credo che questi esperimenti che sto ricordando riguardino cose come le missioni su Marte.

— Zibadawa Timmy,

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Confrontiamo le nebulose con la densità dell'aria in cui orbita la ISS, a 400000 metri. Secondo Wikipedia , la pressione dell'aria a una determinata altitudine è data dall'equazione

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

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

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

Google Calculator non piace questo ^ ma inserendolo pezzo per pezzo si ottiene -5737666.10745. Quindi, troviamo la densità con l'equazione

ρ = \frac{p M}{R T}

$ρ = \frac{pM}{RT}$

oppure che è -8.08192432875. Sfortunatamente Wikipedia non mi dice in quale unità si trova questo numero (solo che è una "forma molare" e che è densità), quindi purtroppo sono completamente bloccato qui e non riesco a finire di rispondere alla domanda. Spero che questa risposta parziale abbia aiutato qualcuno a dare una risposta completa. $\frac{-5737666.10745×0.0289644}{8.31447×2473.15}$

— Aaron Franke
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votato per sforzo. :-)

— userLTK

Questo è un commento (esteso), non una risposta, temo.

— Adrianmcmenamin,

@RobJeffries In che modo? Certo che lo fa! Fa sicuramente una grande differenza se la tua nave si sta dirigendo in un'area con quasi nulla rispetto a un'area con densità atmosferica relativamente alta.

— Aaron Franke,

Forse il mio commento è un po 'vago. Voglio dire, dove hai stimato o citato i parametri critici: la densità ISM e la distribuzione dimensionale delle particelle di polvere? Che cosa ha a che fare la ISS che attraversa l'atmosfera superiore della Terra con qualcosa?

— Rob Jeffries,