Tirachinas gravitacionales: ¿podrían usarse para desacelerar una nave espacial que viaja a una pequeña fracción de la velocidad de la luz?

Sí, en teoría.

El frenado asistido por gravedad es una cosa

El problema es la velocidad. Yendo tan rápido, necesitaría hacer muchas maniobras para perder la velocidad suficiente para entrar en órbita alrededor del sol, y eso significa que los planetas tendrían que estar en los lugares correctos.

En el libro Aurora, una nave que viaja alrededor de .1c tiene que hacer algo como esto, y termina haciendo unas 14 pasadas en el transcurso de 20 años, desacelerándose gradualmente hasta llegar a un punto en el que no habría ningún planeta en su recorrido. camino para la siguiente maniobra.

Así que no imposible.

Editar: volverse loco

Bien, digamos que su tripulación está realmente desesperada. Hay una forma muy arriesgada de perder mucha velocidad muy rápido, pero solo si vas muy rápido para empezar...
El truco es volar a través de la estrella.

Si la integridad estructural es realmente buena, y todos los pasajeros están protegidos de la desaceleración repentina, y vas lo suficientemente rápido, podrías atravesar el sol tan rápido que la nave no tendría tiempo de chamuscarse mucho, mientras que con suerte perdiendo suficiente velocidad para permanecer en el sistema solar y no solo dispararlo al otro lado. Esto reduciría años del proceso de frenado. Y, con suerte, las fuerzas de las mareas no aplastarían a algunos pasajeros hasta convertirlos en gelatina.

Edición 2:

El sol no es muy denso cerca de la superficie . Al apuntar fuera del centro, podrá evitar lo peor de la presión. El calor no sería un problema si tiene algún material ablativo que proteja el casco, ya que el calor se eliminaría antes de que pueda causar daños, siempre que pase lo suficientemente rápido como para que no se queme.

Se han observado cometas rozadores del sol que atraviesan las capas exteriores del sol y sobreviven.

Si estás entrando en un sistema estelar a 0.1c, sin propulsión, estás jodido. La única forma en que los planetas pueden ayudarlo a detenerse es a través del litofrenado, que a estas velocidades equivale a "¿Quizás le pongan mi nombre al cráter?"

Puedes perder velocidad a través de tirachinas gravitacionales, pero no puedes perder lo suficiente. La cantidad máxima de velocidad que puedes perder es el doble de la velocidad orbital del planeta. Parece mucho, pero 0,1c es ridículamente rápido, 30.000 kilómetros por segundo. El planeta que se mueve más rápido es Mercurio, a 47,3 km/s, Venus a 35 km/s, y así sucesivamente. Sumándolos, si pudiera organizar un encuentro perfecto con todos los planetas del Sistema Solar, para cuyas probabilidades necesitamos una frase más extrema que "ridículamente improbable", podría perder alrededor de 340 km/seg.

Eso le permitiría perder alrededor del 1,1% de su velocidad. Eso realmente no ha hecho ningún bien, ¿verdad? La buena noticia es que las fuerzas G de estos encuentros no dañarán a tu tripulación, son bastante débiles. Esta es una comodidad limitada a medida que te alejas hacia el espacio interestelar.

No

• en un tiempo razonable, menos de 100 años como ejemplo

Pero

mira la pagina 42 del manual, se trata de desaceleración de emergencia en situación de casi sin combustible, cito:

Presione el botón del sistema de frenado de emergencia para desplegar la vela magnética del sistema de desaceleración de emergencia, está justo allí donde se encuentra el botón para el procedimiento de desaceleración estándar en sistemas estelares que no están equipados con sistemas de frenado intergalácticos estándar del sistema estelar (léase como un puesto de avanzada de la humanidad, sin cuerpo en casa en el momento)

fin de cita.

Así que presiona el botón y RTFM.

Sí, pero para hacerlo con un solo cuerpo de una manera que evite las fuerzas de marea mortales, necesitaría un agujero negro con alrededor de 10,000 veces la masa del Sol o más, y probablemente tendría que estar orbitando mucho más grande " agujero negro supermasivo"

En primer lugar, cabe señalar que todas las teorías de la gravedad que utilizan los físicos (tanto la gravedad newtoniana como la teoría más precisa de la relatividad general ) son simétricas en el tiempo , lo que, como se comenta en este artículo .significa que si toma una película de algunos cuerpos que actúan bajo la influencia de la gravedad mutua y la reproduce hacia atrás, un físico no tendrá forma de saber si la película se está reproduciendo hacia atrás o hacia adelante (o de manera equivalente, la simetría temporal implica que es posible configure un segundo sistema con diferentes condiciones iniciales, de modo que si calcula el comportamiento a medida que avanza el tiempo, utilizando las mismas leyes de la gravedad, la dinámica de este segundo sistema que avanza en el tiempo se verá igual que la dinámica del primer sistema reproducida hacia atrás). Algunas películas invertidas pueden ser más improbables que la versión hacia adelante si la versión hacia adelante presentara un aumento significativo en la entropía, pero esto generalmente requeriría una gran cantidad de objetos diferentes (como una colección de partículas de polvo que colapsan hacia adentro debido a la gravedad mutua), si solo se trata de dos cuerpos que no chocan entre sí o rompen el cambio. en entropía probablemente será pequeño. Entonces, si puede llegar a una situación en la que un objeto viaja inicialmente a solo una pequeña fracción de la velocidad de la luz en relación con un cuerpo más grande, pero usa una honda gravitacional para aumentar su velocidad en relación con el cuerpo más grande a una fracción mucho más grande de la velocidad de la luz, entonces el escenario inverso debería ser igualmente posible.

Y la cuestión de utilizar una honda gravitatoria para alcanzar una gran fracción de la velocidad de la luz en relación con el cuerpo utilizado en la honda se aborda en el libro La ciencia de la interestelar del físico gravitacional Kip Thorne , quien consultó sobre la película. En el capítulo 7, "Slingshots gravitacionales", señala que la nave de la película (la 'Ranger') no tenía cohetes suficientemente potentes para acelerar a fracciones significativas de la velocidad de la luz por sí mismos, pero que

Afortunadamente, Nature proporciona una forma de lograr los enormes cambios de velocidad, c/3, requeridos en Interestelar : tirachinas gravitacionales alrededor de agujeros negros mucho más pequeños que Gargantúa.

Gargantua era el agujero negro supermasivo de la película (se suponía que tenía una masa 100 millones de veces mayor que la del Sol), pero Thorne escribe que imaginó agujeros negros más pequeños orbitando Gargantua. También señala que, si bien una estrella de neutrones o un agujero negro de masa estelar posiblemente podrían proporcionar el cambio de velocidad requerido, hacerlo requeriría acercarse tanto a ellos que las llamadas fuerzas de marea , el estiramiento que sentirían las personas debido a la atracción gravitacional que se está produciendo. notablemente más fuerte en el lado de sus cuerpos más cercano al centro de la estrella de neutrones o el agujero negro que el lado que estaba un poco más lejos, sería mortal para los cuerpos de esta masa, por lo que un agujero negro de masa intermedia mucho más masivosería necesario para evitar ser destrozado por las fuerzas de las mareas (lo que los astrofísicos denominan coloridamente espaguetificación ).

Para cambiar las velocidades tanto como c/3 o c/4, el Ranger debe acercarse lo suficiente al pequeño agujero negro y la estrella de neutrones para sentir su intensa gravedad. A esas distancias cercanas, si el deflector es una estrella de neutrones o es un agujero negro con un radio de menos de 10.000 kilómetros, el humano y el Ranger serán separados por las fuerzas de marea (Capítulo 4). Para que el Ranger y los humanos sobrevivan, el deflector debe ser un agujero negro de al menos 10.000 kilómetros de tamaño (aproximadamente el tamaño de la Tierra).

Ahora, los agujeros negros de ese tamaño ocurren en la naturaleza. Se llaman agujeros negros de masa intermedia o IMBH y, a pesar de su gran tamaño, son diminutos en comparación con Gargantúa: diez mil veces más pequeños.

También menciona que "Un IMBH de 10.000 kilómetros pesa alrededor de 10.000 masas solares", por lo que sería alrededor del límite de masa inferior de lo que podría usarse para obtener un cambio en la velocidad de c/3 o c/4 sin ser destrozado por fuerzas de marea, si solo necesita un cambio de c/10, podría ser un poco más pequeño, pero supongo que no sería más que un orden de magnitud.

@Aron también hace un excelente punto en un comentario sobre la respuesta de @ AndyD273, a saber, que las asistencias gravitacionales en realidad no pueden proporcionar un impulso a largo plazo en la velocidad de una nave en el marco de reposo del cuerpo masivo que recibe la nave. desde, el impulso de velocidad solo se verá en algún otro marco de referencia. La razón de esto es que la energía total de la nave en el marco de reposo del cuerpo es solo la suma de su energía potencial y cinética, y cuando la nave está a una gran distancia D del cuerpo antes de pasar cerca y obtener una ayuda , su energía potencial será exactamente la misma que cuando está a la misma distancia D del cuerpo después dela asistencia, por lo que su energía cinética también debe ser la misma. Por lo tanto, una asistencia gravitacional solo aumentará la velocidad de una nave en algún marco de referencia donde el cuerpo masivo en sí tiene una gran velocidad, como aumentar la velocidad de uno en el marco de referencia del Sol al pasar cerca de Júpiter. En The Science of Interstellar, Thorne asumía que los IMBH estaban en órbita alrededor del agujero negro supermasivo Gargantua, y las órbitas alrededor de un agujero negro supermasivo de rotación rápida pueden alcanzar fracciones sustanciales de la velocidad de la luz, mira mi respuesta aquípara detalles. Entonces, si desea desacelerar en relación con la galaxia, y su velocidad inicial en relación con la galaxia es 0.1c, probablemente necesitará encontrar un IMBH que se esté moviendo en algún lugar cercano a 0.1c (o más) en relación con la galaxia. , siendo el escenario astrofísico más plausible para esto un IMBH orbitando un agujero negro supermasivo.

Dado que viaja a velocidades mucho más altas que la velocidad de escape del sistema solar en relación con un punto cercano a la estrella, no podrá detenerse dentro del sistema solar. En cambio, debe deshacerse del exceso de energía cinética haciendo sobrevuelos de estrellas cercanas hasta que la velocidad sea lo suficientemente baja como para ingresar al sistema solar y luego hacer un sobrevuelo de un planeta para perder suficiente energía para ser capturado en el sistema solar.

Se podría usar una megaestructura de ingeniería para lanzar y atrapar barcos que se mueven a velocidades relativistas. El uso de la gravedad significa que el contenido no sentiría la aceleración y podría estar en un nivel mucho más alto que los sistemas magnéticos más fáciles.

Pero estamos hablando de toros hechos de material hiperdenso. Los anillos giran de tal manera que un punto en el toro traza un camino que pasa por el agujero. Las fuerzas gravito-magnéticas pueden acelerar cualquier objeto que vuele a través del agujero.

Ahora organice una serie de estos en una línea, como el cañón de una pistola.

He visto diseños similares descritos en Starquake de Robert L. Forward , junto con la asombrosa sustancia "polvo de agujero negro estabilizado con monopolo". Forward era un físico de la vida real que conocía la gravedad.

Bueno, ¿cuánto del barco vas a desacelerar?

El frenado por gravedad funciona, en el sentido de "disminuir la velocidad unos pocos puntos porcentuales". Mientras tanto, estás entrando en un espacio denso cerca de una estrella, así que imagina que el cómodo mundo de chocar contra un átomo de hidrógeno por metro cúbico simplemente se volvió raro. Si la mayor parte de su nave es ablativa, puede acoplar la honda de gravedad con rozar cerca de un planeta que nunca le gustó de todos modos.

Nunca ejecuté los números, pero hojear el sistema debería ralentizarlo simplemente al atravesar el espacio de partículas pesadas. Por supuesto, hay muchos problemas relacionados con la radiación, la penetración, etc. Además, olvídese de cualquier intento de cuerpo negro: a esa velocidad, es probable que la pelusa lo detenga y se dispare cualquier cosa negra.