Zinātnes izdomātā mākslīgā gravitācija nestrādās; Let's Talk G-spēki

Smagums ir grūts. Ņūtonam bija vajadzīgs ilgs laiks, lai iznīcinātu to un daudzus Ņūtona fizikus simts gadus, lai apstiprinātu Einšteina gravitācijas teorijas. Un tas ir dabiski sastopamās lietas. Mākslīgā smaguma pakāpe ir daudz sarežģītāka.

Sci-fi kalnrūpniecība - kas ir pārsteidzoši auglīga futūristisku problēmu risināšanai - ir bezcerīga. Apsveriet Zvaigžņu kari Lore, kas iestrēdzis grubby pirkstu uz katru midiklora izmēra caurumu, ko tā varēja. Mākslīgā gravitācija uz Millennium Falcon un katrs cits kosmosa junk gabals? To rada mākslīgā gravitācijas ģenerators. Wookieepedia, kurai Darth Maul ir desmit tūkstoši gnarly vārdu, ir visi divi teikumi par Lucas loģiku, kas uzvar nulles līmenī g:

Mākslīgie gravitācijas ģeneratori tika izmantoti, lai izveidotu stabilu gravitācijas lauku ārpus planētas dabiskā gravitācijas, tādējādi palīdzot dzīvībai kosmosā. Viņi tika izmantoti arī, lai saspiestu objektus - uzglabāšanas nolūkos ar gāzveida precēm, un dažkārt radot sintētiskus dārgakmeņus.

Pat Star Trek, kas ir paredzēts Zvaigžņu kari Jaunajiem ASV modeļiem nav labāka. Bet tas nav īsti godīgi izvēlēties zinātnisko fantastiku. Sintētiskā smaguma pakāpe, tāpat kā cilvēku radītais smagums, patlaban ir ārpus mūsu izpratnes.

Problēma

Problēma ir tā, ka, salīdzinot ar citiem spēkiem, smagums ir vājš - piddly magnēti var to uzvarēt. Praksē tas nozīmē, ka vienkāršākais veids, kā veidot kosmosa kuģi ar mākslīgo gravitāciju, kas ir vienāda ar sauszemes smagumu, būtu dot Zemes masu. Pēkšņi atkārtojas dīvaini neskaidra neskaidra materiāla vai neatkārtojama izpēte, kas ir ārpus jautājuma.

Tas tomēr nenozīmē, ka nav sarežģītāku risinājumu. Mākslīgā normālās gravitācijas uzlikšana vienkārši nebūs viena no tām.

Iespējamais risinājums

Ja jūs paātrināsiet tikai pareizo summu - vai nu līnijā, vai lokā, jūs varat izveidot g-spēkus, kas ir vienādi ar smaguma spēkiem. Viena virziena paātrināšanas problēma ir tāda, ka jūsu degviela galu galā būs izsmelta. Par laimi, telpa ir vakuums, tāpēc, kad rotācijas paātrinājums darbojas, nav nekas lēns kosmosa stacijas rullim. Jūs to esat redzējis ekrānos Elysium, Marsietis, un Halo - un tā pārspēj NASA koncepcijas. (Tas ir ne tikai vecs jēdzieni, piemēram, 1969. gada māksla, kas vērsta uz mākslu, ir NASA 2015. gada nākotnes plāns.)

Tāpat kā visi spēki, jēdziens var samazināties līdz masas laikiem paātrinājumam. Šajā gadījumā apļveida paātrinājums ir ω ^ 2 reizes R (kur ω ir leņķiskais ātrums un R ir kuģa rādiuss). Tā kā masa paliek nemainīga neatkarīgi no tā, kur jūs atrodaties, pareizas viltus gravitācijas ekvivalenta radīšana kļūst par uzdevumu, lai padarītu jūsu kuģi pareizā izmērā un vērptu to pareizajā ātrumā.

Problēma ar varbūtējo risinājumu

Bet Goldilocks vērpšanas kuģa izveide nav vienkārša. Ja rādiuss ir pārāk mazs, jūs sasitāt pret Coriolis efektu. Kad jūsu iekšējais rāmis strauji rotē, vienkāršas darbības uzņemas dīvainas īpašības. Jūs varētu justies ērti Zemei līdzīgi g-spēki, kas stāv, bet pat galvas noliecīšana varētu mest divas iekšējās ausis no sinhronizācijas. Tieši tāpēc jūs nevarat mest basketbolu tieši pāri karuseļam, norāda PBS YouTube sērijas kosmosa laiku:

Ja jūs padarāt kuģi pietiekami lielu, jums nav tik strauji spinēt, bet jūs saņemsiet neticamus mehāniskus spriegumus uz kosmosa kuģi, ja to padara par milzīgu. Sci-fi sweet spot, PBS kosmosa laiks saka, ir tuvu Halo gredzenam. Ņemot vērā, ka desmitiem tūkstošu dolāru par mārciņu, lai iegūtu materiālus ārpus planētas, “astronomiski”, kā to norādīja Kornela universitātes astronoms, mums tas ir jāveido kosmosā. Ņemot vērā, ka ir pietiekami liels Kickstarter, jūs varat izdarīt šo nulles g vienu ciparu.