Kann ein Raumschiff, das nahezu mit Lichtgeschwindigkeit fliegt, durch einen Gammastrahlenausbruch vom Kurs abgebracht werden?

Lassen Sie uns zuerst etwas rechnen, der erste Teil aus diesem PDF in Bezug auf den (Sonnen-) Strahlungsdruck (die Formeln sollten von jeder Quelle elektromagnetischer Strahlung anwendbar sein).

Die Intensität$I$hängt von der Leistung ab$P$und die Entfernung von der Quelle$r$. Wir können den Ausdruck schreiben

$$I=\frac{P}{4 \pi r^2}$$

Die Kraft$F$hängt von der Intensität und dem Bereich ab$A$des Objekts, das geschleudert wird. es ist

$$F=\frac{2I}{c}A$$ und durch Einsetzen erhalten wir $$F=\frac{2P}{4 \pi r^2c}A$$ welches ist $$F=\frac{P}{2 \pi r^2c}A$$ Angesichts der Masse des Schiffes $M$, finden wir, dass die Beschleunigung $a$ist $$a=\frac{P}{2 M\pi r^2c}A$$

Wie viel Energie sendet ein Gammablitz aus? Aus Wikipedia:

Da ihre Energie stark fokussiert ist, wird erwartet, dass die von den meisten Ausbrüchen emittierten Gammastrahlen die Erde verfehlen und nie entdeckt werden. Wenn ein Gammastrahlenausbruch auf die Erde gerichtet wird, bewirkt die Fokussierung seiner Energie entlang eines relativ schmalen Strahls, dass der Ausbruch viel heller erscheint, als wenn seine Energie kugelförmig abgestrahlt worden wäre. Wenn dieser Effekt berücksichtigt wird, wird beobachtet, dass typische Gammastrahlenausbrüche eine wahre Energiefreisetzung von etwa 10^44 J oder etwa 1/2000 eines Sonnenmassenenergieäquivalents haben – was immer noch ein Vielfaches des Massenenergieäquivalents ist der Erde (ca. 5,5 × 1041 J).

Wir müssen diese Zahl durch zwei teilen, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass nur einer der beiden Strahlen das Schiff trifft – und das ist immer noch ein wenig ungenau, da es davon ausgeht, dass das Schiff vom gesamten Strahl getroffen wird. Wie auch immer, Gammastrahlenausbrüche können im Durchschnitt zwischen weniger als einer Sekunde und 30 Sekunden dauern . Nehmen wir an, unsere dauert 10 Sekunden. Denn die Definition von Macht ist$\frac{E}{t}$, wo$E$ist Arbeit u$t$Zeit ist, können wir sagen, dass die Macht hier ist

$$P=\frac{E}{t}$$ $$P=\frac{5 \times 10^{43}}{10}$$ $$P= 5 \times 10^{42} \text{ Watts}$$ Wenn wir unsere frühere Beschleunigungsgleichung einsetzen, erhalten wir $$a=\frac{\frac{E}{t}}{2 M\pi r^2c}A$$ $$a=\frac{ 5 \times 10^{42}}{2 M\pi r^2c}A$$ Unter der Annahme einer Masse des Schiffes ähnlich der des Space Shuttle Orbiter (109.000 Kilogramm), was zugegebenermaßen ein unwahrscheinlicher Vergleich ist, machen wir dies $$a=\frac{5 \times 10^{42}}{2 \times 1.09 \times 10^5 \pi r^2c}A$$ $$a=\frac{5 \times 10^{37}}{2.18 \pi r^2c}A$$ Wenn Sie möchten, können Sie den Bereich der Unterseite des Space Shuttle Orbiter anschließen (eine Statistik, die ich im Moment nicht finden kann) und feststellen, dass das Space Shuttle ziemlich getroffen werden würde, wenn es in der Nähe eines Gammastrahls wäre platzen.

Beachten Sie, dass dies nur für langsam fahrende Schiffe gilt. Bei nahezu Lichtgeschwindigkeit würde die relativistische Masse zunehmen (obwohl ich nicht weiß, ob dies senkrecht zur Richtung ihrer ursprünglichen Bewegung gilt). Dies würde sich auf Ihre Berechnungen auswirken; Ich werde versuchen, die Korrekturen später herauszufinden.

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Verspäteter Schluss

Die Antwort ist ein definitives Ja. Ein Schiff, das sich mit "normaler" Geschwindigkeit bewegt (dh etwas, das wir heute herstellen könnten - denken Sie an einen Nachfolger des Space Shuttles), würde heftigen Stößen ausgesetzt sein, wenn es sich in der Nähe eines Gammastrahlenausbruchs befände und von einem der von ihm ausgesandten Strahlen getroffen würde Vorläufer. Wenn es voll getroffen wurde, würde es stark zurückgestoßen werden; Wenn es teilweise getroffen wurde, könnte es sich drehen. So oder so würde es nicht gut ausgehen.

Ihr Schiff ist jedoch etwas fortgeschrittener und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit, die ziemlich nahe an der Geschwindigkeit liegt$c$. Dies bedeutet, dass es höchst unwahrscheinlich ist, dass es über einen längeren Zeitraum von dem Strahl getroffen wird, wenn es sich irgendwo in der Nähe der Quelle befindet. Wenn es weiter draußen wäre, wäre der Querschnitt des Strahls jedoch viel größer (schließlich in der Größenordnung von Hunderttausenden von Meilen), und das Schiff könnte für die Dauer des Ausbruchs weiter durch ihn hindurchfahren. Der Nachteil ist, dass die Energie stark über den Querschnitt des Strahls dissipiert würde.

Aber die Antwort ist ja, der Schluck würde geschleudert werden, wenn er einigermaßen nah (dh ungefähr eine AU entfernt, obwohl das eine Schätzung ist) an der Quelle wäre, und würde höchstwahrscheinlich in irgendeiner Weise beeinflusst werden, wenn er weiter entfernt wäre.

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SJuan76 und Oldcat wiesen darauf hin, dass die Lorentz-Kontraktion den Bereich der Schiffsseite beeinflussen würde, der Strahlungsdruck erhält, wenn sich das Schiff tangential zum Strahl bewegt. Bei sich nähernden Geschwindigkeiten$c$, hätte dieses Phänomen enorme Auswirkungen auf den Druck auf dem Schiff. Diese Antwort ist bereits mathelastig, daher kann das Hinzufügen einiger weiterer Gleichungen nicht schaden. Algebra-Hasser aufgepasst.

Die Länge eines Objekts aufgrund der Lorentz-Kontraktion kann durch gefunden werden

$$L=L_0 \sqrt{1-v^2/c^2}$$ Das bedeutet, dass die Fläche (früher Höhe mal Länge, $A=H \times L$) wird jetzt geschrieben als $$A=H \times L_0 \sqrt{1-v^2/c^2}$$ und so wird die ursprüngliche Gleichung $$a=\frac{5 \times 10^{37}}{2.18 \pi r^2c} \times H \times L_0 \sqrt{1-v^2/c^2}$$

Ich nehme an, ich sollte meine Kommentare nehmen und ihnen eine Antwort geben.

Erstens – wenn ein Gammastrahlenausbruch keine Auswirkung auf die Kursänderung eines Schiffes in Ruhe hat, wird er keine größeren Auswirkungen auf ein Schiff mit nahezu Lichtgeschwindigkeit haben. Nehmen wir also an, dieser Ausbruch würde ein ruhendes Schiff überhaupt nicht anschieben. Was ist mit der ganzen Blauverschiebung?

Der blaue verschobene zusätzliche Impuls wird alle in eine Richtung gehen, die dem Flug des Schiffs in der Nähe von C entgegenwirkt . Wenn Sie den Frame zum Ruhe-Frame des Schiffs wechseln, werden die hinzugefügte Energie und Richtung der Flugbahn direkt entgegengesetzt. Wenn also diese blaue Verschiebung irgendetwas bewirkt, verlangsamt sie das Schiff lediglich und bringt es nicht vom Kurs ab.

Zweiter Fall - Der Ausbruch würde einem ruhenden Schiff einen erheblichen Kick verleihen.

Wenn das Schiff in der Nähe von C fährt, wird die Wirkung dieses Stoßes auf verschiedene Weise reduziert : Erstens wird die Masse stark erhöht, wodurch die resultierende Seitwärtsgeschwindigkeit verringert wird. Die Lorentz-Kontraktion reduziert die scheinbare Fläche des Schiffes, was die Fähigkeit des Sturms verringern könnte, das Schiff vom Kurs abzubringen.

Es würde einen erstaunlichen Aufprall erfordern, um das Schiff noch vom Kurs abzubringen, aber es könnte möglicherweise passieren. Aber die Nahlichtgeschwindigkeit macht es nicht schlimmer.

Die einzige Sache, die massiv erhöht würde , ist der Inline-"Brems"-Impuls von allem, auf das das schnelle Schiff im Flug gestoßen ist. Aber ich würde eine Verlangsamung oder eine Anforderung, die Motoren mehr zu zünden, nicht in Betracht ziehen, um dies zu überwinden, "um das Schiff vom Kurs abzubringen".