Könnte eine Weltraumkolonie 1 g von der Sonne entfernt funktionieren?

Interessant, aber nein, es würde aus dem gleichen Grund nicht funktionieren, aus dem Astronauten in der Internationalen Raumstation, anderen Raumstationen oder umlaufenden Shuttles oder Kapseln die Schwerkraft in Bezug auf ihre Station oder Kapsel nicht "fühlen".

Wenn Sie sich in einem Objekt befinden, das sich im Orbit befindet, befinden Sie sich auch im Orbit! Die Erde zieht mit fast 1 g an der Station und sie zieht den gleichen Betrag an Ihnen, aber Sie umkreisen beide, also bewegen Sie sich in denselben Kreisen. Dies gibt Ihnen die Erfahrung der Schwerelosigkeit innerhalb des Objekts, sei es ein Asteroid, ein Shuttle, eine Kapsel oder eine Raumstation.

Sehen Sie sich den Kommandanten der ISS-Expedition 22, Jeffry Williams, im Video Demonstration of Acceleration Inside the International Space Station While a Reboost an . Sobald die Raumstation aufgrund einer Reboost-Verbrennung zu beschleunigen beginnt, können Sie sehen, wie sich die Kamera scheinbar rückwärts (auf uns zu) bewegt.

Was wirklich passiert, ist, dass die Kamera einfach in ihrer ursprünglichen Umlaufbahn bleibt und die ISS vorwärts beschleunigt (in die gleiche Richtung, in die wir schauen). Beide fühlen sich fast 1 g von der Erde nach unten , und das hält beide in einer kreisförmigen Umlaufbahn, anstatt direkt in den Weltraum zu schießen.

Über Gezeitenkräfte:

Die Antwort von @PeterCordes spricht dies besser an als ich, also werde ich Sie dorthin leiten, um weiter zu lesen.

• Lassen Sie das Objekt gezeitenabhängig in seiner Umlaufbahn um die Sonne einrasten

• Auf diese Weise würden wir die 1g Schwerkraft von der Sonne auf der gegenüberliegenden Seite des Asteroiden erhalten

Interessante Idee, aber Sie haben etwas in Ihrer Mathematik verpasst.

Sie würden nur den Gezeitenunterschied zwischen der Schwerkraft der Sonne im Massenmittelpunkt und der Schwerkraft der Sonne 1 Objektradius weiter entfernt erhalten. Dies variiert mit$1/R^2 - 1/(R+r)^2$, und ist sehr klein, es sei denn, der Radius Ihres Objekts ist ein nennenswerter Bruchteil des Radius Ihrer Umlaufbahn. Weitere Informationen finden Sie unter https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_force , einschließlich eines Bildes, wenn Sie Probleme mit der Visualisierung haben.

Die Sonne erzeugt keine 1 g Schwerkraftgradienten über eine relativ kleine Entfernung. (Suchen Sie dafür nach einem viel dichteren, kompakteren Objekt wie einem weißen Zwergstern : ein Objekt, das durch seine eigene Schwerkraft in einen elektronenentarteten Zustand gequetscht wird, kurz davor, weiter in einen Neutronenstern zu kollabieren).

Und wenn Sie einen Gravitationsgradienten hätten, der stark genug ist, würde er einen natürlichen Asteroiden auseinanderreißen! 1g "nach außen gerichtete" Kraft auf beiden Seiten des Objekts ist enorm; Sie wären weit innerhalb der Roche-Grenze und bräuchten daher eine sehr starke Station.

Oder verbinden Sie Ihre Station mit einem Gegengewicht (mit einem langen Seil) , das näher am Zwergstern kreist, sodass der einzige große Teil der Teil in der Schwerkraft ist. Diese Anordnung aus 2 Massen + einem Halteseil würde durch die Gezeiten verriegelt und durch die 1 g- Differenz zwischen den Radien ihrer Positionen an Ort und Stelle gehalten.

Dies macht es möglich, eine ziemlich große Größe zu erhalten, sodass Sie 1 g ohne zu steilen Gradienten erhalten können, dh nicht zu nahe am Weißen Zwerg. Für die Sonne aber immer noch nicht praktikabel.

Vielleicht würden Sie auch ein paar Zwischenmodule Ihrer Station bauen, um die Vorteile der geringeren Schwerkraft zu nutzen, und eines in der Mitte für null g.

Wie bei einem Weltraumaufzug muss das Halteseil sein eigenes Gewicht tragen. (Wobei das Gewicht als Integral der "gefühlten" Beschleunigung mal der Delta-Masse über die Länge des Halteseils berechnet wird.)

FWIW, da es niemand erwähnt hat, könnten Sie eine Hülle um die Sonne konstruieren, auf der ein stationärer Beobachter eine nach unten gerichtete Gravitationsbeschleunigung von 1 g erfahren würde. Diese Hülle hätte einen Radius von etwa dem Fünffachen des Sonnenradius (5,28 Rsun) und wäre gut innerhalb der Umlaufbahn von Merkur (0,0669 Lmerc). Natürlich sage ich nicht, dass dies eine gute Idee wäre, noch schlage ich vor, welche Materialien in dieser Entfernung überleben könnten. Eine solche Diskussion wäre eher für den SF StackExchange geeignet.

Ich werde dies relativ kurz und allgemein halten, da Sie keinen wissenschaftlichen Hintergrund haben. Wenn Sie künstliche Schwerkraft wollen, basiert sie nicht auf Entfernung, sondern auf Rotation. Dann müssen Sie sich nur um die Größe Ihres Habitats und die Drehzahl kümmern. SpinCalc ist ein praktischer kleiner Taschenrechner, mit dem Sie herausfinden können, welche Größe des Lebensraums, der Winkelgeschwindigkeit und der Tangentialgeschwindigkeit Sie benötigen, um die gewünschte Schwerkraft zu erhalten. Die letzten Nummern, die ich zum Schutz gegen alle Arten von Strahlung gesehen habe, waren etwa zwei Meter dicke Abschirmung. Gerard O'Neills Physics Today -Artikel von 1974 geht in ziemlich viele technische Details über Weltraumlebensräume im freien Weltraum ein.

Wie andere Leute gesagt haben, wird eine Umlaufbahn keine lokale Schwerkraft von der Sonne induzieren, da eine Umlaufbahn per Definition im freien Fall ist. Was Sie wollen, ist ein Statit, der den Sonnenstrahlungsdruck nutzt, um einen festen Abstand zur Sonne einzuhalten. Dies beruht auf der Leichtigkeitszahl des Segels , die das Verhältnis seiner maximalen Beschleunigung zur Schwerkraft der Sonne ist und die normalerweise nicht mit der Entfernung variiert. Die maximal verfügbare Beschleunigung mit aktueller Technologie beträgt 0,26, was nicht sehr gut ist. Das theoretische Maximum mit einer Art Gittersegel beträgt 22, was ausreicht. Dies ist jedoch nur der Anfang der Probleme, die Sie haben könnten.

Um 1 g Schwerkraft von der Sonne zu erhalten, müssen Sie sich bei etwa 5,29 Sonnenradien oder 3,68 Millionen Kilometern oder 0,025 AUs befinden. In dieser Entfernung erhalten Sie etwa 1600-mal so viel Sonnenlicht wie auf der Erde. Der Artikel über Sonnensegel besagt, dass sorgfältig konstruierte Segel sichere Betriebstemperaturen bis zu 0,25 AE aufrechterhalten können.

Wenn Sie in dieser Höhe ein Segel zum Laufen bringen können, müssen Sie die Station vor Sonnenlicht schützen. Verwenden von Informationen aus Sondendesigns wie der Parker Space Probe, könnten wir wahrscheinlich die Temperatur sowohl des Segels als auch der Station niedrig halten, indem wir die Einfallsfläche des Segels wie einen Kegel scharf vom Sonnenlicht abwinkeln und die Station im Schatten des Segels halten, wie einen Besen, der auf jemandes Hand balanciert wird . Beachten Sie, dass das Anwinkeln der Oberfläche den Schub verringert, den Sie daraus erhalten können, und die Gesamtleichtigkeitszahl des Segels und der Station zusammen muss selbst im schlimmsten Fall größer als 1 sein. Vergessen Sie nicht, dass die Helligkeitszahl (die normalerweise entfernungsunabhängig ist) in der Nähe der Sonne tatsächlich reduziert wird, da es sich nicht mehr um einen Punktstrahler handelt. es nimmt etwa 22° des Himmels ein, also muss Ihr Sonnenkegel groß genug sein, um aus Sicht der Station so viel abzudecken.

Erschwerend kommt hinzu, dass die Station in der Korona der Sonne liegen wird , die strahlungsaktiver ist als der Sonnenwind. Es ist auch weit entfernt, dass die Sonne koronale Schleifen aus magnetischer und Plasmaenergie bildet, die die Strukturen sind, die zu koronalen Massenauswürfen führen. Diese Auswürfe können Stromausfälle verursachen und Chaos auf der Erde anrichten, Millionen von Kilometern entfernt; Wer weiß, was mit der Station passiert, wenn sich darüber eine koronale Schleife bildet? Um sich vor so etwas zu schützen, benötigen Sie eine Strahlenabschirmung, die ausnahmslos schwer ist und sich dagegen verhält, dass der Statit so leicht wie möglich ist.

Dann gibt es das Problem der Wartung. Wie repariert man das Sonnensegel, wenn es reißt? Sie können sicherlich nicht auf der Sonnenseite stehen, sonst explodieren Sie wie eine Wassermelone in einer Verbrennungsanlage. Das Loch im Schirm lässt enorme Lichtmengen durch, die alles in ihren Strahlen versengen, und selbst wenn Sie es von der schattigen Seite flicken, werden die Reflexionen von dem Stück Sonnensegel, das Sie anbringen, ausbrennen Augen eines jeden Astronauten, der das Pech hat, dort zu arbeiten. Wenn die Stützen, die die Station relativ zum Segel halten, versagen, können Sie sich auch nicht den Luxus leisten, dass sie sich im Orbit befindet. es wird wie ein tatsächlicher Stein auf die tatsächliche Erde fallen. Wenn Sie Glück haben und es erfahren, wenn es passiert, haben Sie gerade noch genug Zeit für die letzte Ölung, bevor Sie durch das Segel fallen und verbrennen.

Alles in allem gibt es viel einfachere Möglichkeiten, an Bord von Raumstationen künstliche Schwerkraft zu erzeugen.

Leider wird das nicht funktionieren. Die Kraft von 1 g nach unten würde durch die Kraft von 1 g nach oben aufgehoben, die Sie als Zentripetalkraft erfahren, wenn Sie sich im Orbit befinden. Selbst wenn Sie die Station / Kolonie / das Ding frei fallen lassen (was sich im Orbit befindet), werden Sie die Schwerkraft erst spüren, wenn Sie nahe genug dran sind. Der Unterschied in der Schwerkraft zwischen Ihrer Station und Ihnen ist so groß, dass Sie es können es zu fühlen. Ich schätze, dass es keine gute Idee wäre, so nah dran zu sein. Wenn Sie im freien Fall sind, was der Orbit ist, beschleunigen Sie und die Kolonie mit gleichen Raten. Aus diesem Grund spüren Sie keine Beschleunigung relativ zur Kolonie. Wenn Sie schon einmal in einem Flugzeug saßen, spüren Sie das, wenn es Turbulenzen gibt. Wenn das Flugzeug einen ausreichend großen Sturz macht, können Sie spüren, wie Sie den Kontakt zum Sitz verlieren und „schweben“ ein bisschen aufstehen. Dies dauert normalerweise nicht lange (es sei denn, das Flugzeug stürzt ab, in diesem Fall haben Sie Besseres zu tun, als dies zu lesen). Das spürt man manchmal auch bei Autos, die bergab fahren. Wie auch immer, eine bessere Lösung wäre, die Station zu drehen. Wenn es sich jedoch dreht, muss die Station diesen Kräften standhalten können, und die benötigte Größe der Station nimmt dramatisch zu. Künstliche Schwerkraft im Weltraum ist schwierig! und die Größe der benötigten Station nimmt dramatisch zu. Künstliche Schwerkraft im Weltraum ist schwierig! und die Größe der benötigten Station nimmt dramatisch zu. Künstliche Schwerkraft im Weltraum ist schwierig!

Es wäre viel einfacher, eine Million Bernal-Sphären oder O'neil-Zylinder zu bauen, als etwas zu konstruieren, das so viel Hitze und Strahlung standhält. Vielleicht wäre eine Hülle um einen Braunen Zwerg oder einen Gasriesen einfacher. Jupiter produziert jedoch immer noch Strahlung.