¿Qué tan serio es el problema del polvo interestelar para los viajes espaciales interestelares?

Proxima Centauri b parece ser el exoplaneta más cercano en su zona habitable. A una distancia de 4.2 años luz, viajar a este planeta dentro de una vida humana no es imposible prima facie , sin embargo hacerlo requiere una velocidad media que es una fracción apreciable de la velocidad de la luz, es decir, alrededor de 0.1 C ≈ 3 × 10 4 km/s .

Mis preguntas se refieren al problema de viajar a esta velocidad planteado por la presencia de un medio interestelar debido a (1) el daño causado por las colisiones con partículas microscópicas y (2) la pérdida de impulso del medio interestelar.

En primer lugar el problema de las colisiones. A esta velocidad, es plausible que las colisiones incluso con partículas microscópicas planteen un problema. Una ecuación cruda de la energía cinética incidente con la energía requerida para elevar el acero a su punto de ebullición desde cero absoluto, sugiere que una colisión de una partícula de polvo 1 miligramos ( ≈ un grano de arena) viajando a 0.1 C sería suficiente para vaporizar sobre 0.6 kg de acero de la superficie de una nave espacial,

( 1 miligramos ) ⋅ ( 0.1 C ) 2 2 ⋅ ( 420 kJ ⋅ kg − 1 ⋅ k − 1 ) ⋅ ( 1643 k ) = 0,65 … kg
y transferir aproximadamente el mismo impulso que una bola de bolos lanzada desde un automóvil en movimiento. Las colisiones con objetos que son lo suficientemente duros como para comenzar a penetrar el acero antes de vaporizarse son problemas potencialmente aún más serios con la profundidad de penetración de un proyectil duro de hipervelocidad que crece proporcionalmente a la energía cinética incidente (ver, por ejemplo, Walker 2001 ) .

El medio interestelar está, por supuesto, muy vacío. Sin embargo, para estar lo suficientemente vacío como para que tales colisiones puedan despreciarse, se requiere que las partículas de polvo lo suficientemente grandes como para causar daños tengan una densidad numérica norte ≪ 10 − 19 metro − 3 , (aproximadamente el inverso del volumen trazado por un pequeño ( 10 metro por 10 metro ) nave espacial viajando 4.2 mentira . ¿Es la densidad de partículas potencialmente dañinas en el medio interestelar lo suficientemente baja como para permitir el viaje interestelar a velocidades 0.1 C ?

El segundo problema es el problema de la viscosidad. Dejando de lado la naturaleza potencialmente dañina de las colisiones con partículas más grandes, el hecho de que el espacio no esté vacío implica que se debe realizar un trabajo contra él para mantener una velocidad constante. ¿La presencia de un medio interestelar viscoso impone restricciones prácticas a la velocidad del viaje interestelar?

En la década de 1970, Brian May encontró evidencia de polvo interestelar en el sistema solar interior , pero su información no se publicó hasta 2007 (cuando presentó su tesis doctoral). De un artículo de 2012 (en coautoría con su supervisor de doctorado), Un modelo mejorado para la emisión infrarroja de la nube de polvo zodiacal: polvo cometario, asteroidal e interestelar , "el polvo cometario, asteroidal e interestelar representa el 70%, 22% y 7.5 % del polvo en el ventilador". IIRC, en su tesis, el Dr. May menciona que el polvo interestelar comienza a dominar alrededor de las 20 au (la órbita de Urano).
Usted pregunta sobre "restricciones prácticas en la velocidad de los viajes interestelares", pero hay una larga lista de razones por las que enviar cuerpos humanos a distancias interestelares nunca puede ser práctico con ninguna tecnología previsible. El problema fundamentalmente difícil es que requiere una habilidad divina para manipular grandes cantidades de energía, así como alguna forma de evitar ser asesinado por la naturaleza exponencial de la ecuación del cohete. El polvo me parece un problema que es intrínsecamente más factible de resolver, por ejemplo, encontrando una manera de ionizar el polvo y desviarlo lateralmente.

Respuestas (2)

La densidad del medio interestelar varía enormemente, por lo que el problema específico del viaje Sol-a-Próxima-Centauri es diferente del problema general del viaje interestelar.

Según WP:

En regiones frías y densas del ISM, la materia se encuentra principalmente en forma molecular y alcanza densidades numéricas de 10 6 moléculas por C metro 3 (1 millón de moléculas por C metro 3 ). En las regiones calientes y difusas del ISM, la materia se ioniza principalmente y la densidad puede ser tan baja como 10 − 4 iones por C metro 3 .

La Nube Interestelar Local , dentro de la cual se encuentra nuestro sistema solar, se encuentra en algún lugar en el medio de este enorme rango de densidad:

...poco denso, con 0,3 átomos por centímetro cúbico. Esto es menos denso que el promedio del medio interestelar en la Vía Láctea (0.5 por C metro 3 , aunque seis veces más denso que el gas de la burbuja local caliente de baja densidad (0,05 por C metro 3 ) que rodea la nube local.

El sistema Alpha/Proxima Centauri está dentro de la vecina G-Cloud ; No encontré ninguna estimación de densidad para G-Cloud en mi extensa encuesta de cinco minutos, pero David Hammen afirma en un comentario sobre esta respuesta que su densidad es similar a la del LIC.

Wikipedia también nos dice que:

En masa, el 99% del ISM es gas en cualquier forma y el 1% es polvo. Del gas en el ISM, en número, el 91 % de los átomos son hidrógeno y el 8,9 % son helio, siendo el 0,1 % átomos de elementos más pesados ​​que el hidrógeno o el helio... En masa, esto equivale al 70 % de hidrógeno, al 28 % de helio y Elementos 1,5% más pesados.

Con el desglose de masa dado, la densidad de masa total es fácil de calcular; si no lo he estropeado, resulta algo como 6 × 10 − 25 gramo por C metro 3 en la Nube Interestelar Local.

Sin saber más sobre la distribución del tamaño de las partículas de polvo, es difícil calcular las probabilidades de un solo impacto catastrófico, pero la densidad de masa debería dar una idea de la tasa de "desgaste" continuo, así como la resistencia al "arrastre" del ISM. .

Esto es útil. Su densidad sugiere que un arrastre viscoso a 0.1c es ≈ 10 − 6 norte metro − 2 , que no es demasiado difícil de corregir. Respecto a la primera pregunta, ¿sabéis si se desconocen las distribuciones de masa de las partículas interestelares, o simplemente no hemos podido encontrarlas?
Encontré un par de documentos que podrían ser informativos, pero nada fácil de digerir. Kim, Martín, Hendry 1993 ; Landgraf, Baggaley, Grün, Krüger, Linkert 2000
@ComptonScattering Dudo que cambie mucho los números, pero no creo que el arrastre viscoso sea una buena descripción para la interacción con el medio interestelar. A la baja densidad/alta velocidad de la que estamos hablando, se comportará más como insectos del tamaño de una molécula que golpean el parabrisas, es decir, colisiones individuales sin ningún efecto relevante en el medio circundante.
@mlk Tiene razón en que la falta de equilibrio termodinámico local significa que no hay resistencia a la deformación por corte; ¿tal vez así es como dice que el término "arrastre viscoso" debería usarse con precisión? En cuyo caso acepto que mi uso es incorrecto. Sin embargo, en la pregunta he sido más flexible y (¿incorrectamente?) Usé el término para referirme a la tasa de transferencia de impulso a la nave espacial que resulta de su velocidad relativa con el medio.

Los UAP llegaron aquí de alguna manera.

Entonces, hace aproximadamente un mes, el gobierno de los Estados Unidos emitió un informe sobre fenómenos aéreos no identificados (UAP), que es básicamente el término moderno del gobierno de los EE. UU. para los ovnis, afirmando que son reales, no son estadounidenses, hacen cosas más allá de nuestra comprensión actual de la física, y no saben lo que son. La redacción real del informe parece estar expresada en una subestimación deliberada, pero eso es a lo que se reducen los hechos tal como se presentan en el informe. De hecho, la información en el informe fue lo suficientemente significativa como para que Avi Loeb, el profesor a cargo de Astronomía en la Universidad de Harvard, haya comenzado un proyecto para colocar telescopios automatizados de un metro de ancho en todo el país con la esperanza de capturar imágenes de alta resolución de ellos.

Si los UAP son extraterrestres (en lugar de extradimensionales, viajeros en el tiempo, una especie prehumana que vive en hábitats en áreas inexploradas en el fondo del océano, o algo similar), entonces presumiblemente llegaron a la Tierra de alguna manera. Esto implica que el polvo interestelar no es un problema para los vuelos espaciales interestelares, o al menos para cualquier forma de vuelo interestelar que usaron originalmente para llegar aquí.

Hay muchas preguntas abiertas sobre qué son los UAP, cómo funcionan y de dónde vienen, pero supongo que podrías considerar su existencia como evidencia de que el viaje interestelar puede ser posible.

"no son estadounidenses, hacen cosas más allá de nuestra comprensión actual de la física"; el informe no dice ninguna de estas cosas
@Dancrumb Sí, lo hizo. "En un número limitado de incidentes, los UAP aparentemente exhibieron características de vuelo inusuales". "En 18 incidentes, descritos en 21 informes, los observadores informaron patrones de movimiento o características de vuelo inusuales de UAP". "Sin embargo, no pudimos confirmar que estos sistemas [estadounidenses] explicaran ninguno de los informes de UAP que recopilamos".
Su respuesta dice que el informe "[afirma] que [los UAP] no son estadounidenses". De hecho, establece muy claramente: "Algunas observaciones de UAP podrían atribuirse a desarrollos y programas clasificados por parte de entidades estadounidenses. Sin embargo, no pudimos confirmar que estos sistemas explicaran ninguno de los informes de UAP que recopilamos". Esto es decir que no saben si son estadounidenses... no que saben que no son estadounidenses.
Además, "características de vuelo inusuales" no es remotamente equivalente a "hacen cosas más allá de nuestra comprensión actual de la física". De hecho, la palabra "Física" aparece exactamente 0 veces en el informe.
@Dancrumb Si el gobierno de los EE. UU. no puede determinar que son estadounidenses, eso significa que no lo son, que le están mintiendo al Congreso (lo cual es ilegal) o que son enormemente incompetentes. Los UAP no son estadounidenses.
"Además, 'características de vuelo inusuales' no es remotamente equivalente a 'hacen cosas más allá de nuestra comprensión actual de la física'". Eso es literalmente lo que significa esa frase en este contexto. Del informe: "Algunos UAP parecían permanecer estacionarios en los vientos en altura, moverse contra el viento, maniobrar abruptamente o moverse a una velocidad considerable, sin medios perceptibles de propulsión". Eso no es físicamente posible . Además, "velocidad considerable" es un eufemismo: otras declaraciones de los funcionarios han mencionado que vuelan a docenas de veces la velocidad del sonido, ¡sin propulsión visible!
Un informe que no tiene una conclusión sólida y que, de hecho, enfatiza principalmente la falta de datos, no es una buena base para responder a esta pregunta. ¡La incapacidad del gobierno de los Estados Unidos para identificar algo no es evidencia de vida extraterrestre! Recuerde lo que significa la "U" en "UAP".
@Harabeck De hecho. Reconozco la falta de información en este post. Sin embargo, sabemos lo que no son , así como las características que han mostrado.
@nick012000 Podemos descartar algunas explicaciones, pero ¿las características? Podemos afirmar lo que han informado los testigos y, en algunos casos, lo que han registrado los sensores. Eso no significa que podamos caracterizar definitivamente estos objetos. Los sensores pueden leerse mal, funcionar mal, estar sujetos a guerra electrónica/suplantación de identidad, etc. La atroz falta de datos no nos permite afirmar definitivamente mucho sobre estos objetos, excepto que existe algo que no hemos identificado.
¿Qué tan serio es el problema del polvo interestelar para los viajes espaciales interestelares?
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