宇宙船は星間雲を回避する必要がありますか？

どうやら、星の間には「塵」の雲があります。宇宙船はこれらの雲の周りを飛行し、雲の間の「トンネル」を見つけようとするのでしょうか、それとも星間雲は宇宙船にとって無害ですか？

私は主に、放射線ではなく摩耗または（マイクロ）衝突の観点から考えていますが、後者についての情報も歓迎します。

interstellar-medium interstellar-travel

— FJC
ソース

これには答えられないと思います。船の速度や船体の性質はわかりません。

— James K

含まれる未来のテクノロジーの性質について仮説を立てる必要があるので、これはここではトピック外です

— James K

宇宙探査スタックの交換かもしれませんが、いくつかの答えがあるかもしれません。一般的な意味では、そうです、それを回避することは高速船の利益になると思います。単純な水素であっても、十分な速度の移動では問題になります。私たちが現在到達できる速度で、それは問題ではありませんでした。

— userLTK 2016

いいえ、将来のテクノロジーについて仮説を立てる必要はありません。質問の焦点は、星間雲の性質にあります。すべての材料が摩耗する可能性があり、摩耗することを想定している場合、特に星間移動に必要な速度で、一部の材料が他の材料よりも摩耗に少し強い場合は、この質問には関係ありません。ただし、この質問をphysics.SEに移すことは歓迎されます。アーロンフランケの回答で与えられた質問に関連付けることができたとしても。

@what今のところ、エンジニアリングの側面に集中しすぎているため、このトピックで取り上げることはできません。これをSpace Explorationに移行しない理由を教えてください。星間雲についての質問かもしれませんが、それは宇宙船にどのような影響を与えるかであり、工学の知識が必要です。

— called2voyage

回答:

はい。

コメントされているように、星間宇宙船が受けるダメージの量は、その速度、およびその途中で遭遇するガスとダストの粒子の数に依存します。この数は、通常、それが呼ばれていた場合には、領域ごとに測定されたカラム密度、及び総距離に等しい走行倍粒子密度、すなわち。たとえば、宇宙船が1光年（ $v$ $N$ $d$ $n$ $N = nd$ ）密度が領域を通過 $10^{18}\,\mathrm{cm}$ $10\,\mathrm{cm}^{-3}\!$ 、宇宙船の各平方センチメートルは粒子に遭遇します。 $10^{19}$

つまり、速度が速くなるほど、距離が長くなり、通過する領域が密になるほど、宇宙船の損傷が大きくなります。

画期的なStarshotのプロジェクトの目的は、当社の最近傍恒星システムに到達するグラムサイズの衛星が到達して、〜20年でケンタウリ光帆によって。今日、ホアンらによる論文がありました。このような衛星が受けたダメージの量を計算します。する地球からのガスの総列密度センである、と仮定すると（かなり）1％のダスト対ガス比を有する炭素/ケイダスト粒子集団ワインガルトナー＆Draine （2001）サイズ分布、彼らはこれを計算します $\alpha$ $0.20c$ $\alpha$ $\sim10^{17.5\mathrm{-}18}\mathrm{cm}^{-2}$ センへの旅は、宇宙船の表面を1 mm程度の厚さに侵食し $\alpha$ ます。

$v=0.2c$ $\lesssim10\,\mathrm{cm}^{-3}$

分子雲—星が生まれる密な雲—の密度はから、つまりより希薄な星間物質に見られるおよそよりも数桁高い。許容できる時間内にさらに遠くの星に到達するには、より速く移動する必要があるため、実際にはこれらの雲を回避することをお勧めします。 $10^2\,\mathrm{cm}^{-3}$ $10^6\,\mathrm{cm}^{-3}$ $1\,\mathrm{cm}^{-3}$ $0.2c$

— ペラ
ソース

有難うございます。綺麗な。したがって、宇宙船は（a）速度を落とすか、（b）より密度の高い領域を回避するか、または（c）船体の前方部分を定期的に交換する必要があります。旅行先に応じて、旅行戦略は3つすべてを異なる程度で網羅することができます。

@何：はい。まだ計算はしていませんが、0.2cよりもはるかに高速では破壊的すぎると思います。パーツの交換に関するあなたの考えは、おそらく良いwrtです。船体ですが、帆はもっと難しいかもしれません。

— ペラ

@what "デフレクターシールド"と呼ばれる可能性のあるより簡単な解決策があります。ほとんどの星間粒子はイオン化されているため、磁場によって偏向させることができます。私はいくつかの実験がそのアイデアに対して行われたと信じており、それ自体のイオン化粒子を放出することによって生成されるかなり弱い（そして実際には達成するのに妥当な）場は、ほとんどの粒子をそらすのに十分です。

— zibadawa timmy

@zibadawatimmy破壊的な効果はないのでしょうか？それは0.2cで十分に速く偏向しますか？

@pelaはい、分子雲はほとんど中性の2原子水素であるため、それらには依然として多くの問題があります。私は主に電離媒体の中で考えていたか、そうでなければ、恒星風の電離粒子による損傷を軽減していました。これらの実験は、火星へのミッションなどの懸念事項を思い出していると思います。

— zibadawaティミー

400 000メートルでの星雲とISSが周回する空気密度を比較してみましょう。ウィキペディアによると、特定の高度での気圧は次の方程式で与えられます

p = p_{0} {(1 - \frac{L h}{T_{0}})}^{\frac{g M}{R L}}

$p = p_0 \left(1 - \frac{Lh}{T_0} \right)^\frac{gM}{RL}$

または。 $101.325\left(1 - \frac{0.0065×400000}{288.15}\right)^{(9.80665×0.0289644)/(8.31447×0.0065)}$

Google電卓はこれを嫌います^が、それを1つずつ入れると-5737666.10745になります。次に、方程式で密度を見つけましょう

ρ = \frac{p M}{R T}

$ρ = \frac{pM}{RT}$

または -8.08192432875です。残念ながら、ウィキペディアはこの数字がどの単位にあるかを教えてくれません（それが「モルの形」であり、密度であるだけです）。うまくいけば、この部分的な答えが誰かが完全な答えを出すのに役立ちました。 $\frac{-5737666.10745×0.0289644}{8.31447×2473.15}$

— アーロン・フランケ
ソース

努力に賛成票を投じた。:-)

— userLTK 2016

これは（拡張）コメントであり、私が恐れている答えではありません。

— adrianmcmenamin

@RobJeffriesどうやって？もちろんそうです！船がほとんど大気のない地域と比較的高い大気密度の地域に向かっているかどうかは、間違いなく大きな違いになります。

— アーロンフランケ

おそらく私のコメントは少しあいまいです。つまり、ISM密度とダスト粒子のサイズ分布という重要なパラメーターをどこで推定または引用しましたか？地球の上層大気を通過するISSは何と関係がありますか？

— ロブジェフリーズ