Könnte eine Alderson Disk bewohnbar sein?

Eine Alderson-Scheibe leidet unter fast allen denselben Problemen wie eine Niven-Ringwelt und hat ein paar, die für ihre Konfiguration einzigartig sind.

Instabilität
Ein Problem besteht darin, dass die Struktur/Sternkonfiguration dynamisch instabil ist. Wenn Sie die Scheibe / den Toroid stören (z. B. durch einen Meteoriteneinschlag), wird sie höchstwahrscheinlich (irgendwann) den Stern treffen - zum äußersten Schaden aller Scheibenbewohner.

Daher benötigt die Scheibe ein aktives Steuersystem, das in der Lage ist, die Scheibe (Toroid) wieder an ihre gewünschte Position relativ zum Stern zurückzubringen, wenn sie durch etwas gestört wird.

Gravitation
Ein kleines Problem, das die Scheibe hat, das die Ringwelt nicht hat, ist die Gravitation. Die Scheibe bietet keinen Mechanismus, um Dinge "an der Oberfläche kleben zu lassen".

Wenn Sie die Scheibe massiv genug machen möchten, um ihr eigenes Gravitationsfeld bereitzustellen, erhalten Sie am Ende einen Toroid, dessen zylindrischer Querschnitt in Dimension und Zusammensetzung dem der Erde entspricht.

Das Problem ist, dass wir die Verwendung von Materialien nicht gemeistert haben, die in der Lage sind, unter diesen Bedingungen der Isostatie (Rückkehr zu einer Kugelform) zu widerstehen. Anstatt einfach eine Kraft zu liefern, um Menschen an der Oberfläche des Toroids festzuhalten, würde es genug Kraft liefern, um das Toroid in einen (großen) Materieball zu kollabieren - sehr zum Entsetzen der Bewohner des Toroids.

Die extrem schlechte Nachricht dabei ist, dass man das Problem nicht mit fantastisch starken und leichten Materialien wegzaubern kann. Sie brauchen diese Masse für seine Gravitation und es ist die Kombination aus Masse und Gravitation, die Ihren Toroid zum Kollabieren bringen wird.

Gute Nachrichten
Im Gegensatz zum Ringwelt-Konzept müssten Sie, wenn Sie einen selbstgravitativen Toroid bauen, ihn nicht drehen, damit die Dinge an der Innenfläche haften bleiben. Dies reduziert die Anforderungen an die Festigkeit des Materials erheblich (beseitigt aber nicht die oben genannten Probleme).

Realistisch
gesehen kann ich keinen Weg sehen, dies zu ermöglichen, noch kann ich einen vorhersehen, es sei denn, wir ändern unser Verständnis des Universums grundlegend.

Aber wenn Sie sich für das Design entschieden haben, fügen Sie einfach die fiktiven Änderungen hinzu, die erforderlich sind, damit es funktioniert. Ich denke, ein extrem leichtes Design mit Schwerkraftgeneratoren würde funktionieren (bis jemand den Strom abschaltet). Sie benötigen einige Ausfallsicherungen sowie Ausfallsicherungen für Ihr aktives Stabilisierungssystem, um zu verhindern, dass der Toroid / die Scheibe die Oberfläche des Sterns berührt.

In der Regel zieht Sie die Schwerkraft zum Schwerpunkt des Objekts mit dem stärksten Einfluss auf Ihre Position. In diesem Fall scheint es der Ring zu sein. Der Schwerpunkt des Rings liegt... irgendwo in diesem Stern. Das bedeutet, dass Ihre Leute in den Stern fallen werden, es sei denn, sie haben Dinge, gegen die sie sich wappnen können. Angesichts der Tatsache, dass eine bewohnbare Zone für einen Stern wie unseren normalerweise in der Größenordnung von ~ 1 AE liegt, bin ich bereit zu sagen, dass dies sehr wahrscheinlich der Fall sein wird.

Vsauce hat ein Video über eine "flache Erde" gemacht, das eine Simulation einer flachen Erde enthält. Es zeigt das Problem, auf einem scheibenähnlichen Objekt zu leben; Je weiter Sie von der Mitte entfernt sind, desto mehr zieht Sie die Schwerkraft in die Mitte dieser Scheibe und weniger zum Boden, auf dem Sie zu gehen versuchen.

Wenn sich die Scheibe drehen würde, würde sich der Schwerpunkt der Scheibe nicht ändern. Menschen würden immer noch in die Mitte fallen, es sei denn, sie befänden sich in einem ganz bestimmten Radius , wo die Beschleunigung der Schwerkraft der Scheibe/des Sterns sie dazu zwingt, den Stern im Wesentlichen zu umkreisen. Wenn Sie zu weit zum Rand oder in die Mitte gehen, fliegen Sie weg oder fallen hinein.

Der beste Weg, dies zu überwinden, würde eine Scheibe erfordern, die viel, viel dicker als breit ist. Alternativ müsste Ihre Scheibe einen unendlichen Durchmesser haben, um die gleiche Schwerkraft entlang der gesamten Scheibe zu ermöglichen. Wenn Sie bereit sind, eine Struktur mit ungleichmäßiger Dichte zu haben, könnten Sie die bewohnbare Zone viel dichter (und daher gravitationsstärker ) machen , aber dies funktioniert möglicherweise immer noch nicht wegen dieses kniffligen Schwerpunkts.

Was ist mit dieser "unendlichen Blattnäherung", von der die Leute immer wieder reden und behaupten, dass sich die Schwerkraft "nahe" an der Oberfläche normal anfühlen würde? Nun, das nennt man die unendliche Schichtnäherung , die häufiger im Elektromagnetismus verwendet wird, aber in der Schwerkraft verwendet werden kann. Es stellt sich heraus, dass diese Annäherung nur so lange gut ist, wie der Abstand zwischen Ihnen und dem Blatt etwa 1/5 des Abstands zwischen dem Punkt unter Ihnen (auf dem Ring) und dem Rand des Blatts beträgt. Wenn Ihr Ring also eine Dicke von 1 AE hat, funktioniert Ihre unendliche Blattnäherung für 1/5 AE über der Oberfläche in der Mitte des Rings. Wenn Sie 1 m vom Rand entfernt sind, gilt die Annäherung der unendlichen Ebene nur bis etwa 1/5 Meter.

Es gibt auch das kleine Problem, dass diese Sonne in die Seite Ihrer Scheibe driftet. Dadurch, dass es in der Ebene der Scheibe von gleich viel Material umgeben ist, kann es in dieser Ebene umhertreiben, als wäre die Scheibe nicht da. (Es ist der 2-D-Fall der Gravitationskraft in einer Schale .) Dies bedeutet, dass Ihre Sonne sehr leicht in den Innenradius laufen könnte, was meiner Meinung nach Probleme verursachen würde.

Es gibt auch einige Probleme mit Gezeitenkräften; Der innere Radius Ihrer Scheibe wird vom Stern stärker angezogen als die Außenseite Ihrer Scheibe. Wenn das Material nicht stark genug ist, um diesen Kräften standzuhalten, könnte der Stern die Scheibe auseinanderreißen. Natürlich ist die vorgeschlagene Scheibe groß genug, dass sie meiner Meinung nach aus magischem Material bestehen muss.

Wie Nivens Ringworld müsste die Alderson-Scheibe aus unverhältnismäßig starken Materialien hergestellt werden (die Supermaterialien „Scrith“ und „General Products“-Raumschiffrümpfe wurden aus Materialien hergestellt, die die starke Kernkraft verstärkten.) Außerhalb von Science-Fiction, ein Super Die Zivilisation könnte in der Lage sein, Neutronium zu manipulieren, das auch dicht genug ist, um den Bewohnern der Scheibe Schwerkraft zu verleihen, vorausgesetzt, die Bewohner hätten die Größe von Bakterien und fühlten sich wohl mit einer Oberflächengravitation, die in Tausenden oder Millionen g gemessen wird . Ich vermute, dass die Gravitationskraft am Äquator des Sterns ihn auch auseinanderziehen würde ...

Die Alderson-Scheibe sollte wirklich eher als eine Art Gedankenexperiment denn als eine reale Sache betrachtet werden. Wenn Sie so etwas wie eine Alderson-Scheibe wollen, könnten Sie vielleicht dem Beispiel von Forest Bishop folgen, der die Ringwelt auf etwas verkleinerte, das aus echten Materialien gebaut werden konnte. Ein Bischofsring hat einen Radius von 1000 km, eine Breite von 500 km und die Atmosphäre wird durch eine Kombination aus Zentrifugalkraft aufgrund der Rotation des Rings und 200 km hohen Wänden an den Rändern des Rings festgehalten. Ein Spiegelsystem reflektiert das Sonnenlicht über die Wände und auf die Oberfläche.

Ihre „CD-Welt“ würde eine Fusionslaterne oder eine „Discokugel“-ähnliche Zielscheibe für den Sonnenspiegelzug verwenden, um Licht bereitzustellen, und eine große Scheibe, um die Oberfläche bereitzustellen. Luft und Wasser auf der Oberfläche würden schnell in den Weltraum entweichen, es sei denn, es gäbe eine Art "Dach". Vielleicht könnte eine riesige, transparente Abdeckung aus Diamant oder einem ähnlich harten und transparenten Material konstruiert werden, um jede Seite der Scheibe abzudecken (was dem Begriff "Schmuckkästchen" eine ganz neue Bedeutung verleiht). Die maximale Größe würde von den verwendeten Materialien abhängen, aber Graphin, Fullerine und andere Materialien dieser Art würden es Ihnen ermöglichen, Strukturen mit einem Durchmesser von Hunderten oder Tausenden von Kilometern herzustellen.

Ein Problem ist die Schwerkraft. Damit Menschen heruntergezogen werden können, muss die Scheibe sehr dick sein. Bei dieser Dicke muss man sicherstellen, dass das Material, aus dem die Scheibe besteht, stark genug ist, um nicht in sich zusammenzufallen. Außerdem ist es sehr unzuverlässig, sich für einen Tag/Nacht-Zyklus auf das Wippen eines Sterns zu verlassen. Es würde schwierig sein, es stetig zum Wippen zu bringen. Auch eine schwankende Sonne würde zu dem beitragen, was ich weiter unten erörtern werde. Vor allem würden sie sterben. Dies liegt daran, dass die Gravitationsgleichung ein umgekehrtes quadratisches Gesetz ist. Wenn die Sonne nicht perfekt in der Mitte steht, ist die Anziehungskraft auf der einen Seite schwächer und auf der anderen stärker. Dies führt dazu, dass die Scheibe in die Sonne stürzt. Man könnte sagen, solange wir den Stern nicht bedienen, wird er perfekt in der Mitte sein. Das ist nicht der Fall. Niemand kann den Stern perfekt in die Mitte stellen. Selbst wenn es sehr nahe wäre, würde es im Laufe der Äonen langsam in die Sonne krachen. Auch wenn sie es perfekt in die Mitte stellen könnten, müssen wir uns daran erinnern, dass die Sonne nicht statisch ist. Es sind Sonneneruptionen und ihre Kommentare und andere Störungen im ganzen Sonnensystem. Diese Dinge würden dazu führen, dass es nicht perfekt zentriert ist.

Sie brauchen genügend Kräfte, um zu verhindern, dass die Alderson-Scheibe in sich zusammenfällt. Nehmen wir eine Dicke von 6000 km an, mit 1000 km langen Wänden auf beiden Seiten um den inneren Rand aus Wolfram, das einen Schmelzpunkt von 3695 K hat, und wir nehmen an, dass es eine Albedo von 74 % und die Sonne hat im Zentrum ist genau wie das der Erde. Wir können den inneren Rand sicher bei 0,01 AE platzieren, aber wir müssen uns mit der von der Sonne ausgeübten Gravitationskraft auseinandersetzen. Nehmen wir an, die Wände seien 1 km dick, was bedeutet, dass sie eine Gesamtmasse von 1,45 10 ^ 24 kg hätten, und da die Masse der Sonne 1,98 10 ^ 30 kg beträgt, würde die Kraft 8,56 10 ^ 25 N entsprechen Der Druck wäre 1,1410^9 Pa, und das allein für die Wände. Wenn wir den Anschein einer bewohnbaren Zone haben wollen, müssten wir sie bis zu 1 AE ausdehnen, und wir gehen davon aus, dass der Rest des Materials eine mittlere Dichte von 5515 kg/m^3 hat.

Die Gesamtmasse der Struktur würde etwa 4,61 10 ^ 31 kg betragen, was bedeutet, dass die Schwerkraft auf die Wände 2,72 betragen würde10^33 N. Kein bekanntes Material könnte eine solche Kraft unterstützen, also müssen Sie mit etwas arbeiten, das viel stärker ist als alles, was wir wissen. Die unglaubliche Stärke des Materials würde auch eine ziemlich bizarre Schwerkraft erzeugen. Am inneren und äußeren Rand würde die Schwerkraft, wenn man die Schwerkraft der Sonne ignoriert, etwa 0,560 N/kg betragen, und wenn Sie die Sonnengravitation berücksichtigen, beträgt die Schwerkraft des äußeren Rands 0,566 N/kg, und wenn Sie am inneren stehen würden Rim, du würdest in die Sonne fallen. In der Mitte der Flächen beträgt die Schwerkraft 341 N/mg, was unmöglich wäre, darin zu überleben. Zwischen diesen beiden Extremen würde es definitiv eine Art Region geben, in der gerade genug Schwerkraft vorhanden ist, aber ich habe eine gemacht viele Annahmen.

Eine Reihe von Spiegeln und Linsen könnte verwendet werden, um sicherzustellen, dass es Regionen gibt, die gerade genug Wärme und Licht erhalten, damit Leben existieren kann, und eine angemessene Schwerkraft haben. Aber für eine realistische Alderson-Scheibe müssten wir die Gesetze der Physik ein gutes Stück beugen.