Science Fictional Artificial Gravity kommer inte att fungera; Låt oss prata G-Forces

Gravity är hård. Det tog Newton lång tid att knäcka det och många newtonska fysiker hundra år för att bekräfta Einsteins gravitationsteorier. Och det är naturligt förekommande saker. Konstgjord gravitation är en hel del mer förvirrande.

Mining sci-fi - som är förvånansvärt fruktbart för futuristisk problemlösning - är hopplös här. Överväga Stjärnornas krig lore, som fastnade ett grubby finger i varje michigan-stor hål det kunde. Den artificiella gravitationen på Millennium Falcon och varannan skräp av rymdskräp? Det genereras av en artificiell gravitation generator. Wookieepedia, som har tiotusen gnarly ord på Darth Maul, har alla två meningar på Lucas logik besegrar noll- g:

Konstgjorda gravitetsgeneratorer användes för att skapa ett stabilt tyngdpunkt utanför en planets naturliga tyngdkraftsbrunn, vilket bidrar till livet i rymden. De användes också för att komprimera föremål - för lagringsändamål med gasformiga råvaror, och ibland att skapa syntetiska pärlor.

Även Star Trek, som är tänkt att vara Stjärnornas krig för modell U.N. barn, är inte bättre. Men det är inte riktigt rättvist att välja på science fiction. Syntetisk gravitation, som i gravitation skapad av människor, är för närvarande bortom vår förståelse.

Problemet

Problemet är att i jämförelse med andra krafter är tyngdkraften svag - piddly magneter kan besegra den. Vad det innebär i praktiken är att det enklaste sättet att bygga ett rymdskepp med konstgjord gravitation som är lika med markbunden gravitation skulle vara att ge den jordens massa. Att ta bort ett märkligt supertät nonsensmaterial eller en obestridlig studie som plötsligt kommer att replikeras, är otrolig.

Det betyder inte att det inte finns några mer komplicerade lösningar. Den konstgjorda uppläggningen av normal tyngdkraft kommer inte att vara en av dem.

Den troliga lösningen

Om du accelererar precis rätt mängd - antingen i en linje eller en cirkel - kan du skapa g-krafter som är lika med gravitationen. Problemet med att accelerera i en riktning är att ditt bränsle i slutändan blir utarmat. Lyckligtvis är utrymmet ett vakuum, så när en rotationsacceleration gör sitt arbete, finns det inget för att sakta ner en rymdstationens rulle. Du har sett det här på skärmarna i Elysium, Martianen, och Halo - och det genomtränger väderliga NASA-koncept. (Det är inte bara gammal begrepp som 1969-arten ovan - snurra rymdskepp finns på NASAs 2015 färdplan för framtiden.)

Precis som alla krafter kolliderar konceptet ner till acceleration av masstider. I detta fall är den cirkulära accelerationen ω ^ 2 gånger R (var ω är vinkelhastighet och R är skeppets radie). Eftersom massan är densamma där du än är, skapar du rätt falsk gravitation, blir en övning för att göra ditt skepp rätt storlek och snurra den med rätt hastighet.

Problemet med sannolikt lösningen

Men att bygga Goldilocks snurrande fartyg är inte lätt. Om radien är för liten, stöter du mot Coriolis-effekten. När din inre ram roterar snabbt, tar enkla åtgärder på sig konstiga egenskaper. Du kanske känner dig bekväm Jordisk g-krafter står stilla, men till och med lutar ditt huvud kan kasta dina två inre öron ur synkroniseringen. Det är därför du inte kan kasta en basket direkt över en karusell, påpekar PBS 'YouTube-serie Space Time:

Om du gör skeppet tillräckligt stort, behöver du inte snurra så snabbt - men du får otroliga mekaniska påfrestningar på din rymdfarkost om du gör det enormt. Sci-fi-sötpunkten, PBS rymdtid säger, ligger nära Halos ring. Med tanke på att det är tiotusentals dollar per pund för att få material utanför planet, "astronomisk", som en Cornell University-astronom satte den, skulle vi behöva bygga saken i rymden. Med en tillräckligt stor kickstarter kan du göra det noll-g i singelsiffrorna.