Uma nave espacial teria que fugir das nuvens interestelares?

Aparentemente, existem nuvens de "poeira" entre as estrelas. Uma nave estelar teria que voar em torno dessas nuvens, tentando encontrar "túneis" entre as nuvens, ou as nuvens interestelares são inofensivas para uma nave espacial?

Penso principalmente em termos de abrasão ou (micro) colisões, não radiação, mas também gostaria de receber informações sobre este último.

interstellar-medium interstellar-travel

— FJC
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Eu não acho que isso possa ser respondido. Não sabemos a velocidade do navio ou a natureza de seu casco.

— James K

Teríamos de hipótese sobre a natureza da tecnologia futurista envolvidos, por isso este é fora de tópico aqui

— James K

Talvez troca de pilha de exploração espacial, eles possam ter algumas respostas. Em um sentido geral, sim, acho que seria do interesse de uma embarcação de alta velocidade evitá-las. Mesmo o simples hidrogênio se torna um problema com a velocidade de deslocamento suficientemente alta. Nas velocidades que atualmente conseguimos alcançar, não foi um problema.

— userLTK

Não, você não precisa fazer hipóteses sobre a tecnologia futura. O foco da questão está na natureza das nuvens interestelares. Se você presumir que todos os materiais podem e serão desgastados, não importa para essa pergunta se alguns materiais são um pouco mais resistentes à abrasão do que outros, especialmente nas velocidades necessárias para o deslocamento interestelar. Mas você pode mudar essa questão para a física. Por exemplo, eu poderia relacioná-la com a pergunta dada na resposta de Aaron Franke.

@ o que está agora, você está se concentrando demais nos aspectos da engenharia para que isso seja abordado aqui. Diga-me por que não devo migrar isso para a Exploração Espacial. Pode ser uma pergunta sobre nuvens interestelares, mas é de que efeito isso teria em uma nave espacial, o que requer um conhecimento de engenharia.

— Call2voyage

Respostas:

Sim.

Como foi comentado, a quantidade de dano recebido por uma nave espacial interestelar depende de sua velocidade , bem como do número de partículas de gás e poeira que ela encontra no caminho. Esse número geralmente é medido por área, nesse caso, é chamado densidade da coluna e é igual à distância total percorrida vezes a densidade da partícula , ou seja, . Por exemplo, se uma nave espacial viaja 1 ano-luz ( ) por uma região com uma densidade de, cada centímetro quadrado da nave espacial encontrará partículas. $v$ $N$ $d$ $n$ $N = nd$ $10^{18}\,\mathrm{cm}$ $10\,\mathrm{cm}^{-3}\!$ $10^{19}$

Ou seja, quanto mais rápido você vai, mais longe você vai e quanto mais regiões densas você passa, mais sua nave espacial é danificada.

O projeto Breakthrough Starshot visa alcançar o sistema estelar do vizinho mais próximo Centauri em ~ 20 anos, com um satélite do tamanho de um grama atingindo por meio de uma vela leve. Hoje, houve um trabalho de Hoang et al. calcular a quantidade de dano recebido por esse satélite. A densidade total da coluna de gás da Terra para Cen é , e assumindo (razoavelmente) uma proporção de poeira para gás de 1 % e uma população de grãos de pó carbonáceo / silicato com uma distribuição de tamanho de Weingartner & Draine (2001) , eles calculam que essa jornada para $\alpha$ $0.20c$ $\alpha$ $\sim10^{17.5\mathrm{-}18}\mathrm{cm}^{-2}$ $\alpha$ Cen corroerá a superfície da espaçonave para uma espessura da ordem de 1 mm .

A maior parte do dano é causada por poeira, não gás, mas em princípio o gás pode aquecer lentamente a nave espacial. No entanto, em , contanto que a densidade seja , a temperatura é insuficiente para causar qualquer derretimento. $v=0.2c$ $\lesssim10\,\mathrm{cm}^{-3}$

Nuvens moleculares - as nuvens densas onde as estrelas nascem - têm densidades de e até , ou seja, muitas ordens de magnitude mais altas que aproximadamente encontradas no meio interestelar mais diluído. Para alcançar estrelas ainda mais distantes em um tempo tolerável, você teria que ir mais rápido que , e, portanto, parece que é de fato uma boa idéia fugir dessas nuvens. $10^2\,\mathrm{cm}^{-3}$ $10^6\,\mathrm{cm}^{-3}$ $1\,\mathrm{cm}^{-3}$ $0.2c$

— pela
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Obrigado por isso. Bonita. Assim, uma nave espacial teria que (a) ir devagar, (b) fugir de áreas mais densas ou (c) substituir as partes avançadas de seus cascos regularmente. Dependendo do destino da viagem, a estratégia de viagem pode abranger todos os três em diferentes graus.

@ o que: sim. Eu não fiz nenhum cálculo, mas meu palpite é que velocidades muito maiores do que as 0,2c seriam muito destrutivas. Sua ideia com a substituição de peças provavelmente é boa. o corpo do navio, mas a vela pode ser mais difícil.

— pela

@ o que há uma solução potencialmente mais fácil, que pode ser chamada de "deflector shields". A maioria das partículas interestelares é ionizada e, portanto, pode ser desviada por um campo magnético. Acredito que alguns experimentos foram feitos sobre a idéia e sugerem que um campo bastante fraco (e provavelmente razoável de se conseguir na prática), gerado pela liberação de partículas ionizadas por si só, é suficiente para desviar a maioria das partículas.

— zibadawa timmy

@zibadawatimmy Isso não teria um efeito de quebra? Isso desvia rapidamente o suficiente a 0.2c?

@pela Sim, as nuvens moleculares são principalmente hidrogênio diatômico neutro, então você ainda terá muitos problemas com elas. Eu estava pensando principalmente em um meio ionizado, ou de outra forma atenuando o dano das partículas ionizadas em um vento estelar. Acredito que esses experimentos estou lembrando coisas preocupadas, como missões a Marte.

— zibadawa timmy

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

Vamos comparar nebulosas com a densidade do ar em que a ISS orbita, a 400.000 metros. Segundo a Wikipedia , a pressão do ar em uma dada altitude é dada pela equação

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

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

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

A Calculadora do Google não gosta disso ^, mas colocá-lo por peça fornece -5737666.10745. Então, vamos encontrar a densidade com a equação

ρ = \frac{p M}{R T}

$ρ = \frac{pM}{RT}$

ou que é -8,08192432875. Infelizmente, a Wikipedia não me diz em que unidade está esse número (apenas que é uma "forma molar" e sua densidade), então, infelizmente, eu estou completamente preso aqui e não consigo terminar de responder à pergunta. Esperamos que esta resposta parcial tenha ajudado alguém a fazer uma resposta completa. $\frac{-5737666.10745×0.0289644}{8.31447×2473.15}$

— Aaron Franke
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votado por esforço. :-)

— userLTK

Este é um comentário (estendido), e não uma resposta, receio.

— Adrianmcmenamin

@RobJeffries Como assim? Claro que sim! Definitivamente, faz uma grande diferença se o seu navio está indo para uma área com quase nada versus uma área de densidade atmosférica relativamente alta.

— Aaron Franke

Talvez meu comentário seja um pouco vago. Quero dizer, onde você estimou ou citou os parâmetros críticos - a densidade ISM e a distribuição de tamanho das partículas de poeira? O que a ISS viajando pela atmosfera superior da Terra tem a ver com alguma coisa?

— 22816 Rob Robries