Ich hatte ursprünglich daran gedacht, Nicoll-Dyson-Strahlen zu verwenden, um Sonden und kleine Schiffe von der Milchstraße zu so vielen Galaxien wie möglich anzutreiben, um Sterne in diesen Galaxien in Shkadov-Triebwerke zu verwandeln , um in unsere Galaxie zurückzukehren.
Das Problem mit Shkadov-Triebwerken ist, dass sie aufgrund der Masse des Sterns eine extrem langsame Anfangsbeschleunigung haben, aber nach etwa einer Milliarde Jahren kann sich ein Stern wie unsere Sonne 35.000 Lichtjahre bewegt haben und wird sich bis dahin mit 20 km/s bewegen.
Nicoll-Dyson-Strahlen haben auch ein Problem mit der Strahlausbreitung und sind weniger effektiv, wenn sie ein Schiff antreiben, sobald wir in intergalaktische Entfernungen geraten. Also dachte ich, da sie mit Shkadov-Triebwerken nach Hause kommen, könnten sie auch die Milchstraße auf die gleiche Weise verlassen haben, zumindest ist Ihre massive Treibstoffquelle nicht Millionen von Lichtjahren entfernt.
Für die Rückreise werden die meisten Sterne aufgrund ihrer Lebensdauer von Billionen Jahren rote Zwerge sein, aber sie bewegen sich aufgrund ihrer geringen Energieabgabe extrem langsam, sodass ein massiver Stern die beste Wahl sein kann, obwohl sie viel massiver sind und schwerer zu bewegen, ihre Energieabgabe ist um Größenordnungen höher, aber das Hauptproblem bei diesen Sternen ist ihre kurze Lebensdauer.
Was diese Rechnung noch schwieriger macht, ist, dass sich die beiden Galaxien aufeinander zu bewegen und man sich fragen könnte, warum man sich die Mühe macht, dorthin zu reisen, wenn wir in 4 Milliarden Jahren kollidieren werden, aber ich möchte lange vor der Verschmelzung in Andromeda ankommen.
Gibt es einen Sterntyp, der Andromeda lange vor der Fusion als Shkadov-Triebwerk erreichen könnte, oder könnte sogar ein Nicoll-Dyson-Strahl mit dem richtigen Sterntyp eine Sonde oder ein kleines Schiff in den kürzeren Reisezeiten, die ich bin, bis nach Andromeda treiben? nach?
Bearbeiten: Jemand hatte einige Berechnungen durchgeführt und sagte, es sei nicht möglich, Andromeda mit einem massiven Stern zu erreichen. Ihre Berechnungen ergaben, dass unsere Sonnenleistung in 20 Milliarden Jahren und ein Stern mit 10 Sonnenmassen in 1 Milliarde Jahren erreicht werden kann, beides Die Reisezeiten waren viel länger als ihre Lebensspanne, aber sie hatten einen interessanten Vorschlag, die verbleibende Reise auf der Supernova-Explosion zu reiten.
Sie möchten Licht verwenden, um den Stern zu schieben.
Je mehr Licht der Stern aussendet, desto mehr Schub kann er erzeugen. Aber um mehr Licht zu erzeugen, benötigt der Stern mehr Masse, was sich auf Ihre Beschleunigung auswirkt. Wo ist der Sweetspot?
Laut Wikipedia kann die Masse-Leuchtkraft-Beziehung geschrieben werden als
Wo
Wenn wir davon ausgehen, dass der Schub proportional zur Leuchtkraft ist, kann uns das Obige die Abhängigkeit zwischen Schub und Masse geben und es uns somit ermöglichen, die maximale Beschleunigung zu berechnen, die wir erhalten können, vorausgesetzt, dass wir im nicht relativistischen Regime haben
Das verstehen wir
Wenn Sie das Maximum vs M der obigen Funktion finden, erhalten Sie das optimale Triebwerk.
Als grober Ingenieur habe ich ein Diagramm der Beschleunigung gegen die Masse des Sterns gezeichnet, was zu dem folgenden Diagramm führte
Was besagt, dass das beste Triebwerk ein Stern mit 55 Sonnenmassen ist. Größer als das wird Ihnen nicht mehr Beschleunigung geben.
Wenn Sie statt der maximalen Beschleunigung an maximalem deltaV interessiert sind, müssen Sie jetzt den Schub mit der Zeit kombinieren, die er wirken kann, gegeben durch die Sternlebensdauer.
Diese Tabelle gibt einen Hinweis auf die Lebensdauer eines Sterns basierend auf seiner Masse
bequem in eine Tabelle berechnet, wo , erhalten Sie Folgendes
Es ist offensichtlich, dass das maximale deltaV von einem Stern mit 60 Sonnenmassen geliefert wird: viel Schub für sehr kurze Zeit.
Sehr massereiche Sterne sind aus zwei Gründen nicht die beste Wahl. Der erste ist, dass diese Sterne während ihres Lebens dazu neigen, ziemlich heftig zu sein, mit starken Sternwinden und manchmal energiereicher nicht-thermischer Strahlung wie Röntgenstrahlen. Das Hinzufügen einer Abschirmung zu einer Megastruktur wie einem Shkadov-Triebwerk wäre möglich, aber es ist mühsam. Außerdem wird der Stern nach einigen Millionen Jahren, wenn er schwerer als 8 Sonnenmassen ist, in einer Supernova explodieren, und es besteht eine sehr gute Chance, dass Ihr Triebwerk im intergalaktischen Raum einfach zerstört wird .
Der zweite Grund ist der für Sterne von oben , ist die Endgeschwindigkeit, die ein Stern während seiner gesamten Lebensdauer erzeugen kann, für eine vernünftige Masse-Leuchtkraft-Beziehung im Wesentlichen unabhängig von der Masse. Wir können diese Berechnungen tatsächlich durchführen, indem wir einfach die Energieerhaltung aufrufen, nach der Methode von Hooper 2018 , der sich darauf bezog, Sterne mit der von Dyson-Kugeln gesammelten Energie anzutreiben. Das Argument dort ist eines der Energieerhaltung. Die Endgeschwindigkeit nachdem ein Triebwerk einige Zeit in Betrieb war ist, für Sterne von ,
Nehmen wir also an, dass die Masse des Sterns für die Sterne der Masse, an der wir interessiert sind, unwichtig ist. Dann argumentiere ich, dass wir einen Stern aus der Reichweite auswählen sollten . Warum? Es gibt ein paar Gründe:
Kurz gesagt, wählen Sie einen Stern mit mäßiger Masse aus, und Sie erreichen Andromeda effizient und vor allem ohne von einer Supernova eingeäschert zu werden.
L.Dutch stellt einen Bruch in der Masse-Leuchtkraft-Beziehung für fest , obwohl ich nicht sicher bin, ob dies weit verbreitet ist, und auf jeden Fall sind diese Sterne äußerst selten.
Ich habe diesen Wert erhalten, indem ich angenommen habe, dass alle Sterne von Endgeschwindigkeiten von erreichen (was Sie durch eine schnelle Berechnung mit der obigen Formel sehen können) und hätte eine mittlere Geschwindigkeit von ungefähr der Hälfte davon. Die Reisezeit nach Andromeda beträgt dann ungefähr 114 Millionen Jahre und ein Stern von Masse würde die Hauptreihe nach dieser Zeit verlassen - ich vernachlässige die Hauptreihenentwicklung.
Verwenden Sie anstelle eines Shdakov-Triebwerks ... das Caplan-Triebwerk! Eine hypothetische Megastruktur, die im Wesentlichen wie eine riesige Rakete fungiert und Dinge in die eine Richtung schießt, um sich in die andere Richtung fortzubewegen. Dies erfordert zunächst einen einfachen Dyson-Schwarm. Da Ihre Zivilisation Shdakov-Triebwerke nur durch Sonden bauen kann, gehe ich davon aus, dass sie die Fähigkeit haben, einen Dyson-Schwarm zu erschaffen.
Ein Caplan-Triebwerk ist eine raumstationsähnliche Megastruktur, die auf die Sonne zeigt, die Energie aus dem Dyson-Schwarm bezieht und Sonnenmaterie sammelt, wodurch die Kernfusion angetrieben wird, die Partikel mit etwa 1% der Lichtgeschwindigkeit aus ihrem „Triebwerk“ ausstößt. Ein sekundäres Triebwerk feuert einen zweiten Partikelstrahl auf die Sonne und drückt sie nach vorne, damit die Kraft des primären Triebwerks nicht dazu führt, dass die Caplan-Megastruktur die Sonne trifft.
Um aus dem Papier zu zitieren, das ich verlinken werde.
'Ein Jet mit der Massenverlustrate m und der mittleren Geschwindigkeit (v) verleiht der Sonne eine Beschleunigung von m(v)/M⊙'
Um die Beschleunigung oder a zu maximieren , müssen Sie m und (v) erhöhen, ohne dass m groß genug ist, um die Lebensdauer des Sterns zu beeinträchtigen.
Das Caplan-Triebwerk verwendet immense elektromagnetische Felder, um Wasserstoff und Helium von der Sonne zu sammeln, da es Millionen Tonnen Treibstoff pro Sekunde benötigt. Diese spärliche interstellare Materie reicht jedoch nicht aus, um das Caplan-Triebwerk allein anzutreiben. Hier werden wir den Dyson-Schwarm verwenden. Der Schwarm wird das Sonnenlicht auf den Stern selbst fokussieren, diese Bereiche auf unglaubliche Temperaturen erhitzen und dazu führen, dass Millionen und Abermillionen Tonnen Materie vom Stern aufsteigen, die mithilfe ihrer elektromagnetischen Felder in das Caplan-Triebwerk geleitet werden.
Helium und Wasserstoff werden getrennt, wo das Helium in thermonuklearen Fusionsreaktoren verwendet wird, wobei primäre Triebwerke radioaktiven Sauerstoff bei einer Milliarde Grad ausstoßen. Das sekundäre Triebwerk arbeitet mit Teilchenbeschleunigern, um den gesammelten Wasserstoff zurück zur Sonne zu schießen und das Caplan-Triebwerk auszugleichen, um zu verhindern, dass es auf die Oberfläche stürzt. Der Stern kann in nur einer Million Jahren um 50 Lichtjahre bewegt werden.
Die Verwendung von Sternmaterie wird auch die Lebensdauer des Sterns verlängern, da kleinere Sterne langsamer fusionieren.
Wenn wir von einem perfekt effizienten Dyson-Schwarm ausgehen, könnte der Stern in nur 5 Megajahren Geschwindigkeiten von bis zu 200 km/s erreichen, im Gegensatz zu den 20 km/s, die Shdakov-Triebwerke nach noch längerer Zeit erreichen, aber die Massenverlustrate begrenzt dies Nutzung des Sterns auf 100 Megajahre Nutzung, bevor der Stern so stark beeinträchtigt wird, dass die Leistung eingeschränkt und schrumpft.
Es ist praktikabler, den Stern auf die gewünschte Flugbahn umzulenken und das Caplan-Triebwerk nur 10 Megajahre lang in diese Richtung zu feuern.
Ich weiß, dass dies Ihre Frage nicht direkt beantwortet, aber ich denke, dass ein Caplan-Triebwerk derzeit der beste Weg ist, um mit Sterntriebwerken umzugehen>
Link zum Papier: Link
Eine unnatürliche.
Die Antwort von L.Dutch ist ein guter Anfang. Wenn Sie nur einen natürlichen Stern finden möchten, mit dem Sie mitfahren können, ist etwas im Bereich von 55-60 Sonnenmassen in Ordnung. Und in der Tat, das ist ein guter Anfang ....
Aber Sie können viel mehr tun, als nur einen natürlichen Stern zu finden und mitzufahren. Schließlich haben Sie bereits die Technologie, um ein Shkadov-Triebwerk zu bauen, und Sie haben Millionen von Jahren und ein ganzes Sternensystem von Ressourcen, um es weiterzuentwickeln.
Sterne nehmen im Laufe ihrer Lebensdauer an Leuchtkraft zu, da der Kern kompakter wird und die Fusion schneller wird. Die endgültige Supernova ist sozusagen nur der Endpunkt dieses kontinuierlichen Prozesses ... und auch eine Art riesige Verschwendung.
Wenn Sie Material vom Stern abheben können, während er während der Reise altert, können Sie die Zunahme der Leuchtkraft aufhalten und seine Lebensdauer verlängern. Diese Masse hat dann eine Vielzahl von Verwendungen. Sie können es als Reaktionsmasse verwenden, um Ihre Antriebseffizienz zu verbessern und Andromeda schneller zu erreichen. Sie können es verwenden, um langsam einen Begleitstern aufzubauen, der für zusätzliche Leistung und verbesserten Schub sorgt. Oder Sie können es speichern, um es später wieder in den ursprünglichen Stern einzuspeisen, wenn ihm tatsächlich der Treibstoff ausgeht.
Justin Thymian der Zweite
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