¿Tendría que evadir una nave espacial las nubes interestelares?

Aparentemente, hay nubes de "polvo" entre las estrellas. ¿Tendría que volar una nave espacial alrededor de esas nubes, tratando de encontrar "túneles" entre las nubes, o las nubes interestelares son inofensivas para una nave espacial?

Estoy pensando principalmente en términos de abrasión o (micro) colisiones, no de radiación, pero agradecería también información sobre esto último.

interstellar-medium interstellar-travel

— FJC
fuente

No creo que esto pueda ser respondido. No sabemos la velocidad del barco ni la naturaleza de su casco.

— James K

Tendríamos que formular hipótesis sobre la naturaleza de la tecnología futurista involucrada, así que esto está fuera de tema aquí

— James K

Tal vez el intercambio de pila de exploración espacial, podrían tener algunas respuestas. En un sentido general, sí, creo que sería de interés para una nave de alta velocidad evitarlos. Incluso el hidrógeno simple se convierte en un problema con una velocidad de viaje lo suficientemente alta. A las velocidades que actualmente podemos alcanzar, no ha sido un problema.

— userLTK

No, no tiene que formular hipótesis sobre la tecnología futura. El foco de la pregunta está en la naturaleza de las nubes interestelares. Si supone que todos los materiales pueden y serán desgastados, no importa para esta pregunta si algunos materiales son ligeramente más resistentes a la abrasión que otros, especialmente a las velocidades necesarias para el viaje interestelar. Pero puede mover esta pregunta a la física. SE, si pudiera relacionarla con la pregunta dada en la respuesta de Aaron Franke.

@what Como es ahora, te estás enfocando demasiado en aspectos de ingeniería para que este sea el tema aquí. Dime por qué no debería migrar esto a Space Exploration. Puede ser una pregunta sobre las nubes interestelares, pero es sobre el efecto que tendría en una nave espacial, lo que requiere un conocimiento de ingeniería.

— called2voyage

Respuestas:

Si.

Como se ha comentado, la cantidad de daño sufrido por una nave espacial interestelar depende de su velocidad , así como de la cantidad de partículas de gas y polvo que encuentra en su camino. Este número generalmente se mide por área, en cuyo caso se llama densidad de columna , y es igual a la distancia total recorrida por la densidad de partículas , es decir, . Por ejemplo, si una nave espacial viaja 1 año luz ( ) a través de una región con una densidad de, cada centímetro cuadrado de la nave espacial encontrará partículas. $v$ $N$ $d$ $n$ $N = nd$ $10^{18}\,\mathrm{cm}$ $10\,\mathrm{cm}^{-3}\!$ $10^{19}$

Es decir, cuanto más rápido vayas, más lejos vas, y entre las regiones más densas que atraviesas, más se daña tu nave espacial.

El proyecto Breakthrough Starshot tiene como objetivo llegar a nuestro sistema estelar vecino más cercano Centauri en ~ 20 años, con un satélite del tamaño de un gramo que alcanza por medio de una vela ligera. Hoy, había un artículo de Hoang et al. calcular la cantidad de daño recibido por dicho satélite. La densidad total de la columna de gas desde la Tierra hasta Cen es , y suponiendo (bastante) una relación polvo-gas de 1 % y una población de granos de polvo de carbonato / silicato con una distribución de tamaño Weingartner & Draine (2001) , calculan que este viaje a $\alpha$ $0.20c$ $\alpha$ $\sim10^{17.5\mathrm{-}18}\mathrm{cm}^{-2}$ $\alpha$ Cen erosionará la superficie de la nave espacial hasta un grosor del orden de 1 mm .

La mayor parte del daño es causado por el polvo, no por el gas, pero en principio el gas puede calentar lentamente la nave espacial. Sin embargo, en , siempre que la densidad sea , la temperatura es insuficiente para causar fusión. $v=0.2c$ $\lesssim10\,\mathrm{cm}^{-3}$

Las nubes moleculares, las densas nubes donde nacen las estrellas, tienen densidades de e incluso hasta , es decir muchos órdenes de magnitud más altos que aproximadamente encontrados en el medio interestelar más diluido. Para llegar a estrellas aún más distantes en un tiempo tolerable, tendrías que ir más rápido que , por lo que parece que de hecho es una buena idea evadir estas nubes. $10^2\,\mathrm{cm}^{-3}$ $10^6\,\mathrm{cm}^{-3}$ $1\,\mathrm{cm}^{-3}$ $0.2c$

— pela
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Gracias por eso. Hermoso. Entonces, una nave espacial tendría que (a) ir despacio, (b) evadir áreas más densas, o (c) reemplazar las partes delanteras de sus cascos regularmente. Dependiendo del destino del viaje, la estrategia de viaje podría abarcar los tres en diferentes grados.

@que sí. No he hecho ningún cálculo, pero supongo que velocidades mucho más altas que esas 0.2c serían demasiado destructivas. Su idea con el reemplazo de piezas probablemente sea buena. El cuerpo del barco, pero la vela puede ser más difícil.

— pela

@what Hay una solución potencialmente más fácil, que podría denominarse "escudos deflectores". La mayoría de las partículas interestelares están ionizadas, por lo que pueden ser desviadas por un campo magnético. Creo que se han realizado algunos experimentos sobre la idea y sugieren que un campo bastante débil (y probablemente razonable de lograr en la práctica), generado al liberar partículas ionizadas por sí mismo, es suficiente para desviar la mayoría de las partículas.

— zibadawa timmy

@zibadawatimmy ¿No tendría un efecto de ruptura? ¿Eso se desvía lo suficientemente rápido a 0.2c?

@pela Sí, las nubes moleculares son en su mayoría hidrógeno diatómico neutro, por lo que aún tendrás muchos problemas con ellas. Estaba pensando principalmente en un medio ionizado, o mitigando el daño de las partículas ionizadas en un viento estelar. Creo que estos experimentos que recuerdo están relacionados con misiones como Marte.

— zibadawa timmy

Relacionado: /physics/26326/how-dense-are-nebulae

Comparemos las nebulosas con la densidad del aire donde orbita la EEI, a 400 000 metros. Según Wikipedia , la presión del aire a una altitud dada está dada por la ecuación

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

A Google Calculator no le gusta esto ^ pero ponerlo pieza por pieza da -5737666.10745. Entonces, encontremos la densidad con la ecuación

ρ = \frac{p M}{R T}

$ρ = \frac{pM}{RT}$

o que es -8.08192432875. Desafortunadamente, Wikipedia no me dice en qué unidad está este número (solo que es una "forma molar" y que es densidad), así que desafortunadamente estoy completamente atrapado aquí y no puedo terminar de responder la pregunta. Esperemos que esta respuesta parcial ayude a alguien a hacer una respuesta completa. $\frac{-5737666.10745×0.0289644}{8.31447×2473.15}$

— Aaron Franke
fuente

votó por el esfuerzo. :-)

— userLTK

Este es un comentario (extendido), no una respuesta, me temo.

— adrianmcmenamin

@RobJeffries ¿Cómo es eso? ¡Claro que lo hace! Definitivamente hace una gran diferencia si su nave se dirige a un área con casi nada en comparación con un área de densidad atmosférica relativamente alta.

— Aaron Franke

Quizás mi comentario es un poco vago. Quiero decir, ¿dónde has estimado o citado los parámetros críticos: la densidad ISM y la distribución del tamaño de las partículas de polvo? ¿Qué tiene que ver la ISS que viaja a través de la atmósfera superior de la Tierra con algo?

— Rob Jeffries