Время полёта света Солнца до планет Солнечной системы
Скорсоть света 1,08 млрд километров в час
Скорсоть света 1,08 млрд километров в час
Что называют темной материей?
Темной материей называют гипотетическую материю, которую не получается засечь, но в то же время мы видим следствие её существования. Тёмная материя не имеет никакого электромагнитного взаимодействия, но это не мешает ей оказывать гравитационное влияние на космические объекты. Она составляет около 85%(это с учётом темной энергии, если её считать отдельно, то получится 26,8%) от всем материи во вселенной и распределена по галактикам равномерно. Как я уже написал: тёмная материя оказывает влияние на космические объекты, а именно: она увеличивает скорость вращения звезд на периферии галактик. В результате они двигаются с той же скоростью, что и звезды в центре галактики. Обобщая все это можно сказать, что тёмная материя это невидимая для нас материя, составляющая львиную долю от всей материи во вселенной и влияющая на звезды.
Кто, как и когда предположил, или же открыл,тёмную материю?
В 1922 году британский и голландский астрономы Джеймс Джинс и Якобус Каптейн исследуя движения звезд в галактике пришли к выводу, что большая часть материя в ней невидима, а позже и подтвердили его. Также примерно полвека назад стало понятно, что вселенная имеет плоскую геометрию. Из этого следовало, что плотность вещества во вселенной составляет 10-29 г/см³,но все имеющиеся данные говорили об нехватке вещества для такой плотности. Решить эту проблему могла помочь гипотеза темной материи, которую в 1933г. предложил американский астроном швейцарского происхождения Фриц Цвикки. Согласно этой гипотезе, в космическом пространстве рассеяны несветящиеся массивные объекты, которые и восполняют наблюдаемый дефицит вещества.
В принципе это, по-моему мнению, минимально необходимая информация для понимания тёмной материи.
P.S. Если я где-то накосячил, а я скорее всего накосячил, то прошу исправить меня в комментариях.
В продолжение поста: О практической осуществимости полетов к звездам
Звездолет подпитываемый лазерным лучом
Все, что было рассказано в предыдущем посте, неосуществимо по энергетическим причинам, по крайней мере в рамках наших современных знаний о природе, а теперь посмотрим по каким причинам.
В графике замедления времени есть очень интересный факт - замедление времени и γ - фактор Лоренца равны, а еще, γ - фактор Лоренца показывает сколько энергии в виде антиматерии+материя со стопроцентным КПД нужно затратить на разгон ракеты.
И отсюда следует, чтобы получить 70 кратное замедление времени нам надо затратить 35кг антиматерии+35 кг материи для разгона 1 кг ракеты до субсветовой скорости. Печаль.
Посмотрим, что можно предпринять на практике если у нас будет антиматерия. Возьмем скорость звездолета в половину скорости света, а именно 150 000 км в сек и посмотрим сколько нам надо энергии для разгона 1кг корабля:
Для вычисления кинетической энергии объекта, движущегося с релятивистской скоростью (близкой к скорости света), мы должны использовать формулу из специальной теории относительности:
E = (γ - 1)mc²
где E - кинетическая энергия, m - масса объекта в покое, c - скорость света, и γ (гамма-фактор) выражается как:
γ = 1/√(1 - v²/c²)
Здесь v - скорость объекта.
Подставим данные из условия задачи:
m = 1 кг
v = 150000 км/с = 1.5 × 10⁸ м/с
c ≈ 3 × 10⁸ м/с
Сначала вычислим γ:
γ = 1/√(1 - (1.5 × 10⁸)²/(3 × 10⁸)²) = 1/√(1 - 0.25) = 1/√0.75 ≈ 1.155
Теперь мы можем вычислить кинетическую энергию:
E = (1.155 - 1) × 1 кг × (3 × 10⁸ м/с)²
= 0.155 × 1 кг × 9 × 10¹⁶ м²/с²
= 1.395 × 10¹⁶ Дж
≈ 14000 тераджоулей
сколько надо антивещества и вещества для аннигиляции, чтобы выделилось 14000 ТДж
Давайте рассчитаем, сколько материи и антиматерии нужно аннигилировать, чтобы получить 14000 ТДж энергии.
По формуле Эйнштейна, энергия, выделяемая при аннигиляции, связана с массой аннигилирующих частиц соотношением:
E = mc²
где E - выделившаяся энергия, m - суммарная масса аннигилировавших частиц, c - скорость света.
При аннигиляции массы m материи и массы m антиматерии суммарная масса аннигилировавших частиц будет 2m. Подставляя это в формулу, получаем:
E = 2mc²
Нам нужно найти m, зная E. Выразим m из этого уравнения:
m = E / (2c²)
Подставим известные значения:
E = 14000 ТДж = 1.4 × 10^16 Дж
c ≈ 3 × 10^8 м/с
m = (1.4 × 10^16) / (2 × (3 × 10^8)²) ≈ 0.0778 кг ≈ 77.8 г
Таким образом, для получения 14000 ТДж энергии путем аннигиляции нужно аннигилировать около 77.8 граммов материи и столько же антиматерии, то есть в сумме около 155.6 граммов.
Вариант путешествия на ракете весом 1000 тонн с 156 тоннами антиматерии выглядит уже интереснее, но вопрос в том - где взять столько антиматерии и как научиться преобразовывать ее в энергию разгона со 100% КПД?
Предположим, что мы отбросили идею с ракетой, и хотим просто отправить 1кг зонд-исследователь в разведку к ближайшим звездам. Допустим, что у нас есть метод подпитки зонда по лазерному лучу с Земли. И посчитаем, сколько надо электроэнергии для подпитки аппарата (14000 ТДж):
Сначала переведем 14000 ТДж в гигаватт-часы (ГВт⋅ч), так как электростанции обычно измеряют свою выработку в этих единицах.
1 ТДж = 10^12 Дж
1 ГВт⋅ч = 3.6 × 10^12 Дж
Таким образом, 14000 ТДж = 14000 × 10^12 Дж = 14000 / 3.6 ГВт⋅ч ≈ 3889 ГВт⋅ч.
Теперь рассмотрим электростанцию с 4 гигаваттными блоками. Если все блоки работают на полную мощность, то общая мощность электростанции составляет:
4 блока × 1 ГВт/блок = 4 ГВт
Теперь мы можем вычислить время, необходимое для выработки 14000 ТДж или 3889 ГВт⋅ч энергии:
Время = Энергия / Мощность
= 3889 ГВт⋅ч / 4 ГВт
≈ 972 часа
≈ 40.5 дней
Итак, электростанции с 4 гигаваттными блоками, работающими на полную мощность, потребуется около 972 часов или 40.5 дней, чтобы выработать 14000 ТДж энергии. Да еще надо затратить столько же энергии на торможение аппарат в точке прибытия аппарата. А это у нас, на секундочку, ЛАЭС в Сосновом Бору. И работать ей на один 1кг зонд 40 дней на разгон и 40 дней на торможение.
И, в заключение, рассмотрим еще один вариант - ядерную или термоядерную ракету. А вот здесь есть такой факт: в расчете на единицу массы аннигиляция материи и антиматерии является самым энергоемким процессом, превосходя деление урана примерно в 2000 раз, а термоядерный синтез - примерно в 500 раз, значит на разгон 1 кг до половины скорости света нам потребуется уже не 155.6 граммов антиматерии, а 77кг термоядерного топлива или 310кг урана. С инженерной точки зрения я не вижу вариантов сделать такую ракету.
Остается ограничиться разгоном до 0.1 скорости света, а вот тогда кинетическая энергия 1 кг ракеты, движущейся со скоростью 30000 км/с (10% скорости света), составляет около 4.5 × 10¹⁴ Дж или 450 ТДж. Соответственно, для получения 450 ТДж энергии путем термоядерного синтеза по реакции D-T потребуется около 0.53 кг дейтерия и 0.80 кг трития, в сумме около 1.33 кг термоядерного топлива. А урана потребуется 5.32 кг на разгон и 5.32 кг на торможение.
Все расчеты проводились при допущении 100% КПД. Вот такая у нас печальная мечта о звездах!
одна столовая ложка вещества весит порядка 100 миллионов тонн.
Не могу на это смотреть без боли. Для такой массы радиус Шварцшильда (горизонта событий) будет составлять 1.485×10^-16 метров. Какая столовая ложка? С такой плотностью данный магнетар не мог бы существовать, а сколлапсировал бы давным-давно в черную дыру.
Это случилось 27 декабря 2004 года. В 21 час 30 минут по всемирному времени российский космический телескоп «Коронас-Ф», предназначенный для наблюдений солнечной активности, неожиданно зафиксировал сильный поток гамма-излучения в созвездии Стрельца.
Вспышка длилась приблизительно 0.2 секунды – но при этом успела довольно чувствительно потрепать земную ионосферу. Виновник случившегося был найден быстро – им оказалась звезда-магнетар SGR1806-20, расположенная на расстоянии 50 000 световых лет от Земли.
Если бы магнетар SGR1806-20находился от нас на таком же расстоянии, как ближайшие к Солнцу звёзды (около 5 световых лет), чудовищная радиация вспышки попросту уничтожила бы всю высокоорганизованную жизнь на суше и в верхних слоях мирового океана.
За одну десятую долю секунды магнетар «выстрелил» в нашу сторону энергетическим лучом мощностью 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (10 в сороковой степени) ватт – это больше, чем Солнце испускает за 100 тысяч лет!
Так выглядела бы вспышка магнетара С ЗЕМЛИ, если бы мы могли видеть гамма-лучи
Что же представляют собой магнетары? Это короткоживущие (менее 1 миллиона лет – по космическим меркам «почти ноль») нейтронные звёзды, обладающие колоссальной силы магнитным полем. У магнетаров такая же огромная плотность, как у обычных нейтронных звёзд – одна столовая ложка вещества весит порядка 100 миллионов тонн.
Время от времени тонкая «кора» звезды, состоящая из деформированных магнитным полем атомов, как бы «лопается», происходит своего рода «звездотрясение». Именно во время таких вот звездотрясений и происходят чудовищные энергетические выбросы, подобные тому, что случился в 2004 году.
Гамма-вспышка магнетара (рисунок художника)
Какова сила магнитного поля у такой звезды? Магнитное поле измеряется в специальных единицах – гауссах. Обычная работающая микроволновка на кухне обладает магнитным полем в 80 миллигаусс. 500 миллигаусс – усреднённая сила магнитного поля Земли. Магнитик для холодильника – обладает силой в 50 гаусс. Аппарат МРТ(опасная штука!) – 10 – 15 тысяч гаусс.
Трагический случай в одной из индийских больниц: магнитно-резонансный томограф притянул сотрудника, который, нарушив инструкцию, вошёл в помещение с металлическим предметом
А теперь внимание. Магнитное поле магнетара в сотни миллионов раз мощнее любого созданного человеком магнита. На расстоянии порядка нескольких тысяч километров магнитное поле такой силы убьёт человека, полностью блокируя передачу нервных импульсов. А если попробовать подобраться к магнетару «ещё чуть поближе», магнитное поле звезды просто разорвёт все молекулярные связи: любое живое существо или предмет мгновенно превратятся в пыль, рассыплются на отдельные атомы!
А это наш Телеграм-канал: https://t.me/luchik_magazine Он не дублирует этот канал, там мы публикуем другие статьи.
Соглашусь, звуки криповатые!
Привет тем, кто разбирается в физике. Объясните мне плиз - если мы разгоним ракету до 1% скорости света относительно Земли при помощи реактивных двигателей и посветим с нее по направлению движения лазером через иллюминатор, что помешает лазерному лучу достичь 101% скорости света?
Их есть у нас! Красивая карта, целых три уровня и много жителей, которых надо осчастливить быстрым интернетом. Для этого придется немножко подумать, но оно того стоит: ведь тем, кто дойдет до конца, выдадим красивую награду в профиль!
Изначально не было ничего. НИ-ЧЕ-ГО. Но посмотрите сейчас вокруг, сколько всего создано и создаётся, сколько решается задач и вопросов: в авиастроении, машиностроении, медицине, образовании, инженерии, других научных сферах, и в жизни. То есть это было кем то изначально задумано и создано, все идеи и мысли приходят, как говориться с верху или из космоса. Интересно. И на все не решаемые вопросы находились ответы и находят их до сих пор. Не решаемых задач нет, нужно просто время.