Planeta de 1 año luz de diámetro

Como se mencionó, los generadores de gravedad o antigravedad te permitirán sacar magia de la nada, pero intentémoslo sin magia. No puedo imaginar por qué alguien se molestaría en hacerlo, pero decidí ver qué pasaba y terminé con un proyecto totalmente loco que usa una gran cantidad de nanotubos de carbono (CNT) y cantidades locas de energía. Pero no necesita tecnologías no probadas como antigravedad o unobtanium.$\ddot\smile$

Creando la Bestia

El radio de Schwarzschild de un agujero negro es$r_s<{2MG\over c^2}$. Resolviendo eso para la masa, dado un radio de ½ ly, obtenemos$M<3.19\cdot 10^{42}kg$para evitar ser un agujero negro.

El área superficial de una esfera es$A=4\pi r^2$. El volumen de la capa esférica es$V\approx A\Delta r$por$r\gg\Delta r$. La masa de la cáscara es$M=V\rho\approx A\Delta r\rho=4\pi r^2\Delta r\rho$. Resolviendo eso para el espesor, dado ½ ly radio, la masa dada arriba y la densidad de CNT (alrededor de$1.3 {g\over cm^3}$), obtenemos$\Delta r<8727 km$.

La resistencia a la compresión de CNT es de alrededor de 416 MPa. El interior de la esfera siente la presión de toda la masa que pesa sobre ella. La fuerza está dada por$f=Ma$, dónde$a$es la aceleración en la superficie.$a={MG\over r^2}$, asi que$f={M^2G\over r^2}$. La presión es$p={f\over A}={{M^2G\over r^2}\over 4\pi r^2}={M^2G\over 4\pi r^4}$. Reorganizar da$M=\sqrt{4p\pi r^4\over G}=r^2\sqrt{4p\pi\over G}$. Resolviendo para la masa, dados 416 MPa y ½ ly de radio, obtenemos$1.98\cdot 10^{41}kg$, que no es un agujero negro, yay.

Usando esa masa, podemos calcular un espesor de 55 km, una aceleración superficial de 0.0061 g (alrededor de$1\over 164$la gravedad de la Tierra), no un agujero negro, y la construcción CNT puede soportar las presiones. Por supuesto, obtener 10 mil millones de masas solares de nanotubos de carbono es una proeza, pero no está fuera del ámbito de lo simplemente posible.

No serías capaz de cubrirlo todo con gente, suciedad, etc., y necesitarías alguna fuente de energía (¿tal vez una esfera de Dyson rodeando una estrella súper masiva en el centro de tu planeta CNT?), pero es factible sin magia.

Agrega algo de "Gravedad"

Como señala Zsolt Szilagy, prácticamente cualquier tipo de rotación que puedas notar causará estragos con las fuerzas de cizallamiento, pero es posible que puedas girarlo lo suficientemente rápido como para obtener una gravedad normal de la Tierra a lo largo del ecuador si pones a tu gente en el interior. Wikipedia dice que la longitud de ruptura de CNT es de alrededor de 4700 km por debajo de 1 g, por lo que la CNT debe permanecer unida mientras se lanza hacia afuera a 1 g. La aceleración centrípeta viene dada por$a={v^2\over r}$para un movimiento circular uniforme. Resolviendo para la velocidad, dado 1 g y ½ ly de radio, obtenemos 0.718 c en el ecuador. No es imposible, pero va a llevar mucho tiempo llegar allí.

notas

Además, la energía cinética angular es$E={1\over 2}I\omega^2$, y$I={2\over 3}Mr^2$para una capa delgada y esférica .$\omega={v\over r}$, asi que$E={1\over 2}{2\over 3}Mr^2({v_\text{equator}\over r})^2={1\over 3}Mv_\text{eq}^2$. Resolviendo para energía, masa dada de$2\cdot 10^{41}kg$y$0.718c$velocidad, obtenemos$3\cdot 10^{57}J$, lo que significa convertir alrededor del 8% de la masa de la Vía Láctea en energía cinética durante un período de tiempo increíblemente largo para hacerlo.

Cabe destacar que si vas a hacer girar el "planeta" y poner personas adentro, también podrías guardar un montón de material y simplemente convertirlo en un anillo al estilo Ringworld (aunque seguirá siendo una locura). Además, a 0,7 c, estamos entrando en territorio relativista, por lo que las ecuaciones newtonianas no son perfectas, pero no creo que sea algo que los científicos suficientemente avanzados no puedan manejar si llegan a este punto. Estaría más preocupado por extrapolar las fortalezas de CNT de$\mu m$escalas a$km$escamas. Y estrellas rebeldes.

Dada la antigravedad y una fuente de energía lo suficientemente grande, sí, un planeta como ese es posible. Pero, en realidad, al introducir la antigravedad, un autor puede hacer prácticamente lo que quiera siempre que las reglas del universo se mantengan constantes.

Sin la antigravedad, la cantidad de masa requerida para hacer una esfera de hierro de 1 año luz se habría convertido hace mucho tiempo en un agujero negro muy grande.

Como un pequeño apéndice divertido, veamos la gravedad de la superficie de este planeta. La gravedad de la superficie terrestre es$1~\text{g}=9.8~\frac{\text{m}}{\text{s}^{2}}$. La densidad del hierro es$7874~\frac{\text{kg}}{\text{m}^{3}}$.

No me estoy burlando de ti, pero dada la tremenda capacidad de manipular su entorno demostrada al construir esta cosa (la capacidad de mover la masa de muchos sistemas solares, redirigir la energía de muchas estrellas para iluminarla y, en general, tecnología indistinguible de la magia) , haciendo todo esto no hay problema. Pero si pudieran aprovechar estas vastas capacidades para hacer su estructura, ¿qué tipo de problemas podría encontrar una carrera como esta? ¿Algo sería un "problema" para ellos en este momento?

Cuando agrega tecnología antigravedad y generación de gravedad para mantener todo en su lugar y manipulación de grandes cantidades de energía para proporcionar calor, es posible que su raza no esté sujeta también a la ley de conservación de la energía.

Así que mi pregunta es: "¿Por qué quieres poner algo así en tu historia?" Poner algo tan fantástico en tu historia debería tener un propósito narrativo. Si supiéramos ese propósito, podríamos responder mejor a su pregunta.

"Si tu raza tiene la capacidad de crear tal cosa, ¿qué no podría hacer esa raza?".

Ambas preguntas tienen profundas implicaciones para su historia.

Probablemente necesites dejarlo vacío por dentro (como una pelota) para evitar un colapso gravitacional inmediato. Además, esto hace que la obtención de la cantidad requerida de material de construcción sea más realista.

Un cuerpo tan grande aún requeriría algunas tecnologías muy avanzadas para usar, pero entonces puede ser manejable.

Entonces podrías usar alguna fuente de luz fuerte en el centro que mantendría el planeta inflado como una enorme vela solar. Pero esto debería ser alguna tecnología especial; ninguna vela solar funcionaría a tal distancia de la estrella ordinaria.

La parte del agujero negro es la mayor parte del problema.

La densidad necesaria para convertirse en un agujero negro disminuye a medida que aumenta el radio del objeto. Para el planeta del que estás hablando, si tuviera una densidad de$0.00000001488~\frac{\text{g}}{\text{cm}^{3}}$, colapsaría en un agujero negro. La densidad de la Tierra es alrededor$5.51~\frac{\text{g}}{\text{cm}^{3}}$.

Necesitarías que este planeta fuera algo así como un caparazón de unobtanium, o muchos dispositivos antigravedad para evitar el colapso.

Como han dicho los demás, sin antigravedad no funcionará, con antigravedad puedes hacer prácticamente lo que quieras.

Solo algunas cosas para pensar

Con un diámetro de 1 año luz ($5.879 \cdot 10^{12}$millas) se obtiene una circunferencia de$1.85 \cdot 10^{13}$millas, y una superficie de$1.09 \cdot 10^{26}$millas cuadradas.

La Tierra solo tiene una superficie de$1.969 \cdot 10^{8}$millas cuadradas, así que esto va a ser muy, muy grande. Si tomas una bolsa grande de Tierras y las despellejas como naranjas, necesitarás$5.535805 \cdot 10^{17}$Tierras para cubrir este monstruo.

El punto es que calentar e iluminar el lugar va a ser difícil. Básicamente, querrías flotas de estrellas del tamaño del Sol orbitando el planeta para mantener las cosas calientes y proporcionar suficiente luz para hacer crecer las cosas.

Si solo los coloca alrededor del ecuador, a una AU de distancia de la superficie y los separa a 2 AU, necesitaría$99,505$soles para dar la vuelta al planeta. Sin embargo, necesitaría más de una banda para mantener el lugar cálido, así que tal vez 2 bandas en los paralelos 45 también...

Solo para poner los números en notación normal en lugar de notación científica:

superficie de$1.09 \cdot 10^{26} = 109,000,000,000,000,000,000,000,000$millas cuadradas

$5.535805 \cdot 10^{17} = 553,580,500,000,000,000$veces el área de la superficie de la Tierra

Mientras abandone la noción de "planeta" y acepte una esfera del tamaño requerido, esto podría construirse, aunque no puedo imaginar que lo haga nada menos que una civilización K3.

Como otros han demostrado, una masa sólida está fuera de discusión. Un caparazón delgado es la única forma posible de hacer esto, lo que deja el problema de cómo sostenerlo. Afortunadamente, podemos hacer esto sin ningún handwavium.

La superficie interior de la esfera es una enorme colección de pistas de levitación magnética. Cada vía está ocupada por un supertren: tienen 6,28 años luz de largo, la cabeza acoplada a la cola. Se mueven muy por encima de la velocidad orbital y, por lo tanto, ejercen una fuerza hacia afuera. Suficientes trenes que van lo suficientemente rápido y puedes apoyar tu esfera. (No podemos calcular la velocidad sin conocer la relación entre la masa de los trenes y la masa del caparazón. No me sorprendería saber que la velocidad debe ser relativista).

Una vez que canceló la gravedad y se aseguró de tener suficientes fuentes de energía, la tectónica podría convertirse en un problema. Asegúrate de que el planeta no gire (como lo hacen casi todos los planetas conocidos). Las fuerzas centrífugas necesitarían un año para fluir en cascada; sin poder proporcionar las matemáticas, podría imaginar que el planeta se desgarraría cuando la superficie gira a fracciones considerables de la velocidad de la luz, o cuando partes de ella tienen un impulso diferente.

Diría que hay muchos niveles de "no" más allá de las consideraciones gravitatorias.

Has identificado una razón obvia por la que no existiría un planeta 1 LY: la gravedad.

Si en teoría, de alguna manera, fuera posible hacer una esfera de 1 LY de ancho hecha de algo que de alguna manera tenga un efecto antigravedad estable sobre ella, entonces todavía hay muchos otros conflictos básicos con la realidad a considerar, como:

• ¿Realmente has considerado cuán grande es 1 LY en comparación con cualquier otro objeto físico conocido en el universo, y en comparación con la Tierra y otros planetas del sistema solar?

• ¿Cuál es el grosor de la corteza y la densidad del interior que tienes en mente? Cualquier respuesta para esto que incluso involucre una superficie similar a la tierra a esa distancia, esperaría sumar más materia de la que existe en múltiples galaxias. ¿Qué proceso va a reunir, transformar y ensamblar su planeta?

• Dada la escala de esfuerzo y la capacidad necesaria para construir tal cosa, ¿por qué algo tan avanzado y poderoso elegiría usar todo ese poder para hacer eso?

• Hay muchas formas en las que lo que estás hablando no va a ser un planeta, porque muchas cosas que comúnmente consideramos como un planeta.

• Por ejemplo, no girará. Girar algo tan grande a cualquier velocidad perceptible es prácticamente imposible en una variedad de formas debido a varias consideraciones de la física. Por ejemplo, implicará cantidades ridículas de fuerza de corte que lo destrozarían. Para otro ejemplo, las velocidades resultantes en la superficie serían relativistas, ya que la circunferencia planetaria es de 3,14159 años luz, por lo que habría efectos locos de dilatación del tiempo entre las latitudes, e incluso si de alguna manera el ecuador pudiera acercarse a la velocidad de la luz, algún día duraría más de tres años. (La rotación relativa a la dirección de una fuente de luz brillante es lo que proporciona días a los planetas).

• Además, las cosas no orbitarán a su alrededor (y no orbitarán alrededor de las cosas) como lo hacen la luna y el sol de la Tierra, porque les llevaría una cantidad ridícula de tiempo dar la vuelta al planeta o viceversa, y no estarían a escala con el planeta o de lo contrario me harían aún más ridículo e imposible de lo que es el planeta mismo. Incluso si quisieras que una luna girara lo más rápido posible, rozando cerca de la superficie de la atmósfera exterior a casi la velocidad de la luz (¿quizás puedas proyectar toda esa gravedad sobre la luna?), todavía tomará más de tres años. para hacer una órbita, y el tiempo visible en lo alto será una pequeña fracción de eso. La geometría sola está fuera de lugar por una gran cantidad.

• Dado que probablemente no tenga sol, ¿qué proporcionará calor y luz en la superficie?

• Como señaló AndyD273, necesitaría algo así como "flotas de soles" para mantener la superficie caliente, pero de nuevo, eso multiplica la imposibilidad del proyecto de construcción, y luego está la tarea imposible de organizarlos en algún tipo de patrón de movimiento que de alguna manera cubre regularmente una esfera sin problemas. Probablemente no exista un patrón orbital que funcione, por lo que probablemente necesite la capacidad de controlar los movimientos de una cantidad astronómica de soles todo el tiempo.

Sin pensarlo demasiado (lo siento) podrían construirlo:

• Vacío por dentro (como buckminsterfullereno ) y por dentro en superficie (como puentes formando una megaestructura).
• Fabricado con un supermaterial (como los fullerenos)
• Gira el "planeta", lo que plantea interesantes paradojas .

Aunque puede que no sea imposible, puede ser demasiado problemático.

Ni siquiera el espacio es un vacío perfecto. Hay fuerzas, incluida la gravedad, que empujan, tiran, oscilan, etc., y cuanto más grande sea un objeto en el espacio, más fuerzas actuarán sobre él.

Imagina una bola de hojas de una milla de ancho. Imagina dicha bola flotando alrededor de nuestra atmósfera a unas tres millas de altura. Ahora, imagine el viento inconsistente que sopla la mitad de la pelota desde el norte y la otra mitad desde el sur... soplando dos veces más rápido en la parte superior de la pelota que en la parte inferior. Imagina las bandadas de pájaros, los aviones y los escombros del espacio chocando con él. Imagine las nubes que pasan, a menudo cargadas de precipitaciones, a menudo atronadoras y relámpagos... ous... y luego, finalmente, está la gravedad. Todas estas fuerzas que actúan sobre tu bola de hojas la desgarrarían, y cuanto más grande sea la bola, más área ocupará, más fuerzas actuarán sobre ella. El viento solo vendría de tantas direcciones diversas a velocidades tan diversas que rompería tu bola de hojas en un millón de pedazos. Esto es cierto para nuestra atmósfera,

Sabemos que el sol, la luna e incluso los demás planetas ejercen una atracción gravitacional significativa o insignificante sobre nuestro planeta. Un planeta de un año luz de ancho estaría sujeto a la atracción de quién sabe cuántas estrellas... incluida la megaestrella o colección de estrellas menores que se usa para calentarlo. Hablando de calentarlo, ¿cuál es la situación del núcleo fundido de un planeta como este? Parece que solo hay tres opciones: prácticamente no hay núcleo fundido en absoluto cuando llegas a eso, una fina corteza de roca construida sobre un sol (juego terminado) o algún punto dulce mágico, potencialmente imposible que te da un núcleo fundido muy grande que es lo suficientemente caliente como para permanecer fundido mientras calienta su planeta Y no tan caliente como para... bueno... uno solo podría imaginarlo. Mmm...

Para resumir, la ciencia y el poder necesarios para hacer algo como esto son tan buenos que tendrías que ser casi literalmente capaz de cualquier cosa para que funcione. Tendrías que estar en el punto en el que no solo crear el planeta sería fácil, sino que manejar cada problema que surja sería igualmente fácil de resolver, porque eres como una especie de dios o algo así. En ese nivel, la ciencia sería irrelevante. No sería una cuestión de posible... sería una cuestión de si querías o no.

Suponiendo que la ciencia básica nos falle (y lo hace), el BFP tendría que hacerse de varias maneras. 1.) Crecido a partir de una matriz que elimina materias primas a medida que crece, extruyendo material nuevo de la misma manera que un bebé que crece desarrolla una piel nueva. La "epidermis" cambiaría de estructura en cada etapa para soportar mejor las presiones más nuevas. La superficie tendría puertos de energía localizados (autorreplicantes) para recolectar material nuevo del sistema circundante y poder comunicar cambios en el giro para mantener la forma mientras aún es "flexible". Cuando esté casi terminado, toda la energía almacenada/recolectada se habrá distribuido entre todas las secciones para mantener el equilibrio y luego los radiadores se lanzarán con correas a medida que la rotación se ralentice y la superficie se endurezca. Todo el interior de la esfera estaría atado con cables ultraligeros delgados como un sistema de radios de rueda de bicicleta 3D con los extremos de los cables formando una esfera en lo profundo del BFP (bueno 1/2 ly). Estos cables solo son realmente necesarios para comunicar y controlar las tensiones al principio.

Una vez que se lancen los radiadores (desde cualquier otra sección) servirán para múltiples propósitos. Primero, se generará una radiación específica desde la superficie de cada sección utilizando los generadores de recolección de materia y esto terminará la fase de crecimiento y comenzará la fase de unificación. Cada sección se unirá a su vecino y usará zarcillos entrelazados para ayudar a unir cada placa en un apareamiento perfecto. Cualquiera que sea la forma geométrica final (alucina), cada sección y sus vecinos inmediatos serían esencialmente una superficie planetaria y aquí es donde entran en juego los generadores/radiadores.

Los generadores (los demás) generarían un rayo de energía que golpearía las esferas del radiador y lo liberarían como la frecuencia visible más deseable y un mínimo saludable de infrarrojo en ciclos alternos de día y noche sintonizados con cada vecino. La corteza del BFP tendría aproximadamente 12.750 km proporcionando suficiente masa en cada punto para simular 1 g y proporcionar integridad estructural a toda la esfera, con una capa de tierra orgánica similar a la Tierra de 500 m. El resto de los 12.250 km serían capas de estructura de soporte, suministro/almacenamiento global y local e instalaciones de reparación automatizada. Esta masa seccional sería insignificante para el tamaño de la construcción final y estaría demasiado lejos de otras masas para causar problemas. La atracción de lado a lado de las secciones haría poco más que fortalecer aún más la integridad.

Los generadores de recolección que no se utilizan para la iluminación serían responsables de recolectar nueva materia y energía según sea necesario y todo, desde asteroides hasta sistemas solares, se masticaría en lo que sea que requiera el BFP, cortando franjas en todo lo que encuentre.

De esta manera, sería 100 % autosuficiente y capaz de viajar mediante el uso de los mismos haces de energía de la cosechadora que se utilizan para impulsar los motores gravimétricos. De ninguna manera esto podría llamarse planeta, es más una máquina viviente.

2.) Diseñar genéticamente algún tipo de criatura(s) robótica(s) biomecánica(s) para construirlo, luego consumirlo construyendo en el exterior de la estructura existente y hacer crecer cada ciclo dejándolo con una esfera de panal perfecta hecha de cualquier material para el que lo programe y cualquier profundidad que se desee para la mejor resistencia de la estructura. También necesitaría incorporar el mismo tipo de tecnología de haz de recolección de energía.

En ambos casos, se utilizaría un sistema de comunicación holográfica para diferir los retrasos en la señalización, la luz se transmite a través de las fibras de cada sección y los datos se codifican en la onda estacionaria holográfica. La luz puede tardar 1 año en llegar del borde al centro a todos los bordes, pero la onda estacionaria debería verse afectada instantáneamente (en teoría). Al igual que si pasara una sola varilla de vidrio de Chicago a Australia y la golpeara, la propagación de onda normal entra en vigor para que el "toque" se escuche en el otro extremo, pero si tira o empuja el extremo, el otro extremo se mueve. en el mismo instante, no se necesita propagación.

Necesito pensar en esto cuando haya dormido más...

Sí. Y la iluminación es posible sin unobtainium. La luz del sol es de 1000 W/m^2. Más de mil millones de segundos (30 años) necesitará 10^12J. Las transformaciones directas de masa a energía dan 10 ^ 17 J/kg, por lo que es 10 ^ 17/10 ^ 12 x 30 años = 3 000 000 años por kilo por metro cuadrado. Entonces, si tiene suficiente masa por área para generar una gravedad terrestre de 1,2*10^10 kg/m^2, entonces se puede encender como máximo 1,2*10^10*3000000=3,6*10^16 años (años terrestres) ( en realidad el doble debido a la noche) antes de que toda la masa se haya convertido en energía. Recomendaría la idea de la pista de levitación magnética con grandes tanques de materia (cualquiera) bajo tierra. Estos se alimentan lentamente a miniagujeros negros cuya radiación de halcón se emite a través de un agujero en el suelo, rebota en un espejo que se mantiene en lo alto por la fuerza de la luz e ilumina el suelo.