https://bodybydarwin.com
Slider Image

Fysikken holder Star Wars 'Cloud City flydende

2022

Følgende er uddraget fra Fysikken i Star Wars: The Science Behind a Galaxy Far, Far Away af Patrick Johnson.

“Lando forbandt nogen ud af det.” - Han Solo (afsnit V)

NÅR Episode V, umiddelbart efter flugt fra Hoth

HVOR Bespin, Cloud City

KARAKTER Lando Calrissian, Han Solo, Luke Skywalker, Prinsesse Leia Organa, C-3PO, R2-D2, Chewbacca, Darth Vader, Lobot, Boba Fett

FYSIKKONSEPTER Luftbestandighed, kredsløb

KORT INTRODUKTION / BAGGRUND

Fremtidens byer som afbildet i science fiction flyder ofte i rummet (tror Jetsons). Dette kan have at gøre med bekymringer om, at livet på Jorden muligvis ikke er levedygtigt på et tidspunkt. I den nærmeste fremtid har vi klimaændringer at bekymre sig om; på lang sigt er der alle mulige grunde til, at vi muligvis skal flytte. Andre planeter har en tendens til at være mindre gæstfri end Jorden, så det giver mening at fantasien ville gå til et idealiseret, fuldt kontrollerbart miljø som et flydende hjem. Er det muligt?

baggrundshistorie

Star Wars giver os et perfekt eksempel på en science fiction flydende by: Cloud City. Cloud City har en atypisk baghistorie. Byen flydede over planeten Bespins overflade og blev specifikt designet til at høste tibanna-gas snarere end at huse en fordrevet befolkning. Tibanna-gas bruges i alle former for teknologi i Star Wars-galaksen, herunder, men ikke begrænset til, blastere og repulsorlifte. At være en af ​​de få kilder til gas, nyder Cloud City økonomisk succes med sine minedrift. Er det fornuftigt at høste gas fra en gasgigantplanet? Hvad sker der, hvis du høster hele planeten?

STJERNEKLARENS FYSIK

Det ville være ganske vanskeligt og dyrt at suspendere en by over en planet. Sandsynligvis ville den enkleste måde at opnå dette være at få byen til at eksistere i en meget lav bane rundt om planeten. For at opretholde en sådan bane måtte byen bevæge sig vandret hurtigt nok til at planeten krumme væk fra den lige så hurtigt som byen bevæger sig omkring den. Hvis byen kan fortsætte med at rejse med den hastighed, opretholder den bane og aldrig styrter ned på planeten. Når et objekt er i kredsløb, falder det faktisk hele tiden, det bevæger sig bare til siden hurtigt nok til altid at gå glip af planetens overflade.

Hvorfor er dette den enkleste løsning? Lad os overveje vanskelighederne i stedet for at svæve over overfladen et sted. Antag af hensyn til argumentet, at Cloud City er en ellipsoid (en udstrakt kugle), der er omkring tyve kilometer på tværs og fem kilometer fra top til bund (dette kan give os en idé om de forskellige kræfter, der kræves for at opretholde Cloud City s højde). Antag også, at luftrummet i Cloud City er i har omtrent den samme lufttæthed som nær Jordens overflade. Endelig antager du, at planeten har en diameter på 73.322 miles (dette er ofte nævnt som Bespins diameter).

Med disse antagelser er byen nødt til at bane rundt om planeten med omkring 54.000 miles i timen. Satellitter, der kredser rundt om Jorden, rejser typisk omkring en tredjedel af denne hastighed, så at er hurtig, men ikke ude af denne verden hurtigt. Trækstyrken på noget på størrelse med Cloud City, da den kørte hurtigt gennem luften, ville være omkring 6, 74 1018 pund, eller cirka en syvendedel styrken mellem Jorden og Månen.

Lad os sammenligne det med den kræft, der kræves for bare at holde Cloud City op. Hvis vi antager, at hele byen er lavet af stål (for at få et meget groft skøn over den krævede kraft), ville den nødvendige styrke være 3, 82 1025 pund, eller cirka ti tusind gange styrken mellem Jorden og Solen.

Vi har forenklet spørgsmålet, men alligevel er trækkraften ti millioner gange mindre end liftstyrken. Dette indikerer tydeligt, at det ville være lettere at have en kredsløbende by end at have en stationær / svævende by. Naturligvis introducerer en kredsende by sine egne problemer, som at skulle finde hvor den er, hver gang du besøger.

Hvis man ignorerer vanskelighederne med at få byen bygget og gå i bane, ville det ikke høstes i sidste ende et problem? Der er trods alt mindre og mindre af en planet, der går i kredsløb, efterhånden som tiden går. Det korte svar er ja; du kunne mine hele planeten.

Efterhånden som gas udvindes, vil Bespins masse og radius gradvist falde for at tilnærmelsesvis opretholde planetens densitet. Under denne reduktion i planetens størrelse ville tyngdekraften blive svagere og svagere. Da dette skete, ville både styrken til at støtte byen og styrken til at holde den i kredsløb falde. I sidste ende ville massen i byen være større end planeten, og planeten ville kredse rundt om byen, som igen ville begynde at kredsa om den nærmeste stjerne.

FYSIKKET I VIRKELIGT LIV

Ideen om Cloud City lyder sandsynligvis lidt langsigtet, og med rette. Fra skrivningen af ​​denne bog er der ingen flydende byer rundt om på Jorden, men der er et kredsløbsområde, der er designet til et par mennesker i Den Internationale Rumstation (ISS). Ligesom rumstationen, hvis Cloud City virkelig var i kredsløb, ville alt i byen virke vægtløs, fordi alt skulle være i kredsløb på samme måde. I modsætning til Cloud City har ISS imidlertid ikke kunstig tyngdekraft, så alle mennesker og genstande på ISS forekommer vægtløse. Dette skyldes, at alt i ISS er i den samme bane som selve stationen. Andre aspekter af Cloud Citys opsætning er mindre fantastiske.

Ideen om at skabe en flydende mine over en gasgigant for at høste dens gas er faktisk allerede blevet overvejet af NASA. I en rapport fra NASA fra april 2015 beskriver Bryan Palaszewski metoder og køretøjer, der kan bruges til at høste gas fra de ydre planeter i solsystemet. Han beskriver brugen af ​​ubemandede luftfartøjer, der ville høste heliumgas fra atmosfærerne i Neptune og Uranus, før de vendte tilbage til et moderskib i kredsløb omkring planeterne for at levere deres nyttelast. Det måske mest interessante aspekt af denne rapport er forslaget fra køretøjer, der høster brint sammen med helium med det mål at brænde brintet til at tvinge raketterne op til opbevaringskøretøjet. Køretøjerne ville faktisk være i stand til at tanke sig selv, mens de arbejder.

Noget efterforskning af solsystemets ydre planeter er blevet udført for at afgøre, om det ville være værd at høste deres gasser. I dag ved vi ikke meget om atmosfæren og sammensætningen af ​​de ydre planeter, men vi har foretaget nogle interessante målinger ved hjælp af Galileo-sonden, der blev lanceret i 1989. Mens Galileo kredsede om Jupiter, tog det et antal billeder og målinger af planetens overflade og atmosfære.

Den mest dramatiske måling foretaget af Galileo-satellitten var virkningen af ​​Comet Shoemaker – Levy 9 med Jupiter i 1994. Fragmenter af denne komet var omkring 1, 24 miles i diameter og ramte Jupiter med en hastighed på omkring 134.000 miles i timen. Denne kollision er den mest katastrofale begivenhed, der nogensinde er målt i solsystemet. Kollisionen af ​​fragment G med overfladen frigivet på et øjeblik energien på omkring seks hundrede gange jordens nukleare arsenal. Det efterlod et krater på overfladen af ​​Jupiter omkring 7456 miles over det, der stadig er synligt i dag.

Uddrag fra Physics of Star Wars: The Science Behind a Galaxy Far, Far Away af Patrick Johnson. Copyright © 2017 Adams Media, en afdeling af Simon og Schuster. Brugt med tilladelse fra udgiveren. Alle rettigheder forbeholdes.

Sådan så Amerika ud, før EPA rensede det op

Sådan så Amerika ud, før EPA rensede det op

Ombord på kanoen, der beviste antikke polynesier, kunne krydse Stillehavet

Ombord på kanoen, der beviste antikke polynesier, kunne krydse Stillehavet

Du ved intet.  Mød den rigtige John Snow.

Du ved intet. Mød den rigtige John Snow.