Vitenskap Fiktiv kunstig tyngdekraft vil ikke fungere; La oss snakke G-Forces

Gravity er tøff. Det tok Newton lang tid å knekke det og mange newtonske fysikere hundre år for å bekrefte Einsteins gravitasjonsteorier. Og det er de naturlig forekommende tingene. Kunstig tyngdekraften er mye mer forvirrende.

Mining sci-fi - som er overraskende fruktbart for futuristisk problemløsning - er håpløst her. Ta i betraktning Stjerne krigen lore, som stakk en skitten finger inn i hvert midichlor-størrelse hull det kunne. Den kunstige tyngdekraften på Millennium Falcon og alle andre hunk av romskranke? Det genereres av en kunstig tyngdekraft generator. Wookieepedia, som har ti tusen gnarly ord på Darth Maul, har alle to setninger på Lucas logikk beseiret null- g:

Kunstige tyngdekraftgeneratorer ble brukt til å skape et stabilt tyngdepunkt utenfor en planets naturlige tyngdekraftbrønn, og dermed hjelpe liv i rommet. De ble også brukt til å komprimere gjenstander - til lagringsformål med gassformige varer, og noen ganger å lage syntetiske edelstener.

Til og med Star Trek, som skal være Stjerne krigen for Modell U.N. barn, er ikke bedre. Men det er ikke veldig bra å velge sciencefiction. Syntetisk tyngdekraft, som i tyngdekraft skapt av mennesker, er for tiden utenfor vår forståelse.

Problemet

Problemet er at i forhold til de andre kreftene er tyngdekraften svak - piddy magneter kan beseire den. Det som betyr i praksis er at den enkleste måten å bygge et romskip med kunstig tyngdekraft som er lik jordbasert tyngdekraft, ville være å gi den jordens masse. Å fjerne noe merkelig supertett nonsensmateriale eller uoppdagelig studie plutselig å bli replisert, det er ute av spørsmålet.

Det betyr ikke at det ikke er mer kompliserte løsninger. Den kunstige pålegg av normal tyngdekraft kommer bare ikke til å være en av dem.

Den sannsynlige løsningen

Hvis du akselererer akkurat den riktige mengden - enten i en linje eller en sirkel - kan du opprette g-krefter som er tyngdekraften. Problemet med å akselerere i en retning er at drivstoffet ditt vil etter hvert bli oppbrukt. Heldigvis er rommet et vakuum, så når rotasjonsakselerasjon gjør sitt arbeid, er det ingenting å sakte en romstasjonens rulle. Du har sett dette på skjermene i Elysium, Marsboeren, og Halo - og det gjennomsyrer weirder NASA konsepter. (Det er ikke bare gammel konsepter som 1969-arten ovenfor - spinning romskip er på NASAs 2015 køreplan for fremtiden.)

Som alle krefter kulturerer konseptet seg ned til masse ganger akselerasjon. I dette tilfellet er den sirkulære akselerasjonen ω ^ 2 ganger R (hvor ω er vinkelhastighet og R er radius av skipet). Fordi masse forblir den samme uansett hvor du er, skaper den rette falske tyngdekraften tilsvarende en øvelse i å gjøre skipet ditt riktig størrelse og spinne det med riktig hastighet.

Problemet med sannsynligvis løsningen

Men det er ikke lett å bygge Goldilocks spinnskip. Hvis radiusen er for liten, støter du mot Coriolis-effekten. Når den interne rammen roterer raskt, tar enkle handlinger på seg rare egenskaper. Du kan føle deg komfortabel Jordlignende g-krefter står stille, men til og med vipper hodet ditt kan kaste dine to indre ører ut av synkronisering. Det er derfor du ikke kan kaste en basketball rett over en karusell, peker ut PBS 'YouTube-serie Space Time:

Hvis du gjør skipet stort nok, trenger du ikke å snurre det så fort - men du får utrolige mekaniske belastninger på romfartøyet hvis du gjør det stort. Sci-fi søtpunktet, PBS Space Time sier, er nær halo ring. Tatt i betraktning at det er tusenvis av dollar per pund for å få materialet off-planet, "astronomisk", som en Cornell University-astronom satte det, måtte vi bygge ting i rommet. Gitt en tilstrekkelig stor Kickstarter, kan du gjøre det null-g i singelsifrene.