interstellare Raumschiffphysik

[Stevie]

Hallo Stevie,

Wenn ich Dich richtig verstehe, nirgendwo.

Das Missverständnis liegt wahrscheinlich bei den Vorstellungen von Protuberanz bezüglich der Geschwindigkeiten von Gasatomen aller Art im All und den tatsächlichen Größenverhältnissen.

Herzliche Grüße

MAC

Hallo Mac und Bynaus,
vermutlich lag es hieran:

"Ich denke, JensU meinte die hochenergetische Teilchenstrahlung ("kosmische Strahlung")."

"Mac erwähnte den Bussard-Staustrahl-Antrieb "

Das sind doch verschiedene Konzepte (?) und deshalb war ich etwas verwirrt.

Vielen Dank für die Aufklärung!

[Bynaus]

Um mal einen Eindruck zu bekommen, um welche Energien es bei dem Teilchenfluß der kosmischen Strahlung geht:

Quelle: http://www1b.physik.rwth-aachen.de/~...sarbeitung.pdf

Um also die oben beschriebenen 2,49E14 Joule Energie (4 Tonnen Masse, 30 Minuten mit 20 g beschleunigt) innerhalb von 30 Minuten aufzusammeln, bräuchte man ein ‚Fangnetz‘ mit einem Radius von 5,25 Milliarden km, also weit über die Neptunbahn hinaus. ‚Leider‘ nimmt der Teilchenfluß, weiter weg von der Erdbahn, also auch weiter weg von der Sonne, dramatisch ab. Und allein durch Einfangen erhält man noch lange keinen gerichteten Vortrieb (wie weit oben schon geschrieben, wegen der Impulserhaltung)

Herzliche Grüße

MAC

Ja gut, aber um ein Teilchen der kosmischen Strahlung mit einem Magnetfeld ("Fangnetz") abzulenken, muss es gleich extrem viel stärker sein als für normales interstellares Wasserstoffgas. Da macht es viel mehr Sinn, gleich auf dem Sonnenwind zu surfen (wo das Magnetfeld-Fangnetz überschaubar gross sein kann - aber ohne Fusions-Komponente sind da nur ca. 400 km/s = 0.13% c erreichbar).

Aber etwas verstehe ich in deinen Ausführungen nicht: der Teilchenfluss der kosmischen Strahlung (NICHT der solar-kosmischen Strahlung oder des Sonnenwindes) nimmt mit zunehmender Entfernung von der Sonne zu. Das Magnetfeld des Sonnenwindes schützt den Raum innerhalb der Heliopause, deshalb ist der Flux hier etwa vier Mal tiefer als im interstellaren Raum.

[mac]

Hallo Bynaus,

ja, ich hab‘ mich da nicht präzise genug ausgedrückt, bzw. verschiedene Verfahren nicht deutlich getrennt beschrieben.

Der Sonnenwind ist deshalb geeignet für einen ‚Antrieb‘, weil er ein gerichteter Teilchenstrom ist (weg vom Stern) aber seine Intensität eben auch mit dem Quadrat der Entfernung zum Stern abnimmt, was bei interstellaren Entfernungen natürlich einen dramatischen Unterschied ausmacht.

Dagegen kommt die kosmische Strahlung aus allen Richtungen und die Impulsvektoren der einzelnen Teilchen summieren sich mehr oder minder zu 0, so daß man ihre Energie nicht in einen gerichteten Antrieb umwandeln kann – ich kenne zumindest kein Selektionsverfahren, mit dem man sowas bewerkstelligen könnte, schon gar nicht in solchen Dimensionen.

Vielleicht sollte ich noch erwähnen, daß diese energiereichen Teilchen keinen Rucksack, gefüllt mit anzapfbarer Energie mit sich tragen, sondern ihre Energie in ihrer relativen Geschwindigkeit zu unserer Geschwindigkeit, eben als kinetische Energie ‚mit sich führen‘,

Betrachtet man die übertragene Energie, dann muß man im Bereich zwischen Erd- und Marsbahn bei der galactic cosmic radiation mit grob 0,3 bis 1 Sievert, also auf den Menschen übertragene Energie pro Jahr rechnen und beim Sonnenwind mit sehr grob 6 Sievert pro Jahr (ungeschützt auf der Haut). Der Sonnenwind kann aber um mehrere Größenordnungen schwanken. Quelle: http://www.astronews.com/forum/showt...=9156#post9156

Weiter weg von der Sonne und erst recht außerhalb der Heliopause, ist die kosmische Strahlung stärker, aber eben nicht gerichtet.

Herzliche Grüße

MAC

[JensU]

Vielen Dank für Antworten bzw. Beiträge.

Ist die kosmische Teilchenstrahlung im galaktischen Magnetfeld gerichtet?
Würde der nach außen gerichtete spezifische Impuls mit der Beschleunigung zunehmen?

Gruß,
Jens

[Stevie]

JensU,

wolltest DU hier nicht ein (Dein) Konzept vorstellen?

[mac]

Hallo JensU,

Ist die kosmische Teilchenstrahlung im galaktischen Magnetfeld gerichtet?

nach dem was Du bisher hier geschrieben hast, überrascht mich diese Frage leider nicht!

Die Teilchen der kosmischen Strahlung werden nach ihrer Entstehung vielfach von magnetischen Feldern abgelenkt, deren Verteilung und Stärke nicht im Detail bekannt ist. Die Messung der Richtung, aus der diese Teilchen kommen, beinhaltet also keine Information über die Herkunft. Im Experiment sieht man dies daran, dass die kosmische Strahlung isotrop auf die Erde trifft.

Hervorhebung durch mich.
Quelle: http://www.physik.uni-regensburg.de/.../QuellenKS.pdf

Herzliche Grüße

MAC

PS Noch eine Bitte an Dich: Bevor Du den darauf folgenden Absatz als Strohhalm zu erkennen glaubst, lies nochmal in Post #19 nach, wie groß die Auffangfläche sein mußte wenn man alle Teilchen auffangen und was nicht geht, ausnutzen könnte und bei Wikipedia, wie sich die verschiedenen Energien auf die Teilchenzahlen verteilen.

[Bynaus]

@mac:

Der Sonnenwind ist deshalb geeignet für einen ‚Antrieb‘, weil er ein gerichteter Teilchenstrom ist (weg vom Stern) aber seine Intensität eben auch mit dem Quadrat der Entfernung zum Stern abnimmt, was bei interstellaren Entfernungen natürlich einen dramatischen Unterschied ausmacht.

Ja. Interessanterweise kann ein "Magnetsegel" diesen Abfall der Intensität sehr schön kompensieren - denn durch das schwächere Magnetfeld des Sonnenwinds wird das Magnetsegel selbst grösser. Im Endeffekt heben sich die beiden Effekte gerade auf und ein Magnetsegel kann - zumindest bis zur Heliopause hinaus - praktisch konstant beschleunigen (bzw. abbremsen, wenn man es am Ende der Reise braucht).

Vielleicht sollte ich noch erwähnen, daß diese energiereichen Teilchen keinen Rucksack, gefüllt mit anzapfbarer Energie mit sich tragen, sondern ihre Energie in ihrer relativen Geschwindigkeit zu unserer Geschwindigkeit, eben als kinetische Energie ‚mit sich führen‘,

Die meisten Teilchen der kosmischen Strahlung sind Protonen, man könnte sie also fusionieren. Aber ob sich das energetisch überhaupt lohnt, gemessen an den gewaltigen Energien, die man bräuchte, um sie überhaupt erst mal in Richtung Reaktor abzulenken, müsste man zuerst noch abklären.

beim Sonnenwind mit sehr grob 6 Sievert pro Jahr (ungeschützt auf der Haut)

Wirklich der Sonnenwind selbst? Die Energien sind da extrem klein, nicht? (oder meinst du die solar-kosmische Strahlung?) Ausserdem, wer ist schon mit der Haut dem Sonnenwind ausgesetzt...

@JensU:

Ist die kosmische Teilchenstrahlung im galaktischen Magnetfeld gerichtet?

Nein. Ganz im Gegenteil nimmt man sogar an, dass das galaktische Magnetfeld jegliche Inhomogenitäten in den Strahlung (z.B., starke lokale Quellen) verdünnt, es wirkt quasi wie eine milchige Glasscheibe, welche das Licht streut.

Würde der nach außen gerichtete spezifische Impuls mit der Beschleunigung zunehmen?

Nicht ganz klar, was du damit meinst. Der "spezifische Impuls" hat eine ganz klar umrissene Bedeutung in der Raumfahrttechnik. Ich weiss deshalb nicht, was du mit "nach aussen gerichtet" meinst und ich vermute, dass du den Begriff falsch benutzt. Grundsätzlich ist der spezifische Impuls eine Eigenschaft des Antriebs selbst, d.h., wie effizient er mit Treibstoff umgeht. Er mag ganz schwach von der Beschleunigung abhängen (z.B. könnte man sich denken, dass die Verbrennung in einer Raketenbrennkammer unter 1 Ge und unter 5 Ge leicht anders abläuft, und dies dann einen Einfluss auf den spezifischen Impuls hat), aber das ist hier kaum relevant.

[mac]

Hallo Bynaus,

Wirklich der Sonnenwind selbst? Die Energien sind da extrem klein, nicht? (oder meinst du die solar-kosmische Strahlung?)

Die Quelle, an die ich mich noch erinnern konnte (meinen eigenen zitierten Beitrag von 2006, in der ich die wissenschaftliche Quelle benenne), unterscheidet zwischen Sonnenwind und kosmischer Strahlung in Form von Dosisangaben, also unabhängig von der Teilchenzahl, bezogen auf die (auf den Menschen) übertragene Energie. Ich hab‘ da auf die Schnelle keine andere Quelle gefunden, die diesen Unterschied so deutlich macht.

Was genau meinst Du, mit solar-kosmischer Strahlung und wie unterscheidest Du die vom Sonnenwind einerseits und von der kosmischen Strahlung andererseits?

Ausserdem, wer ist schon mit der Haut dem Sonnenwind ausgesetzt...

Na ja, hoffentlich niemand!

Aber wenn ich diese Strahlungsarten nach ihrer insgesamt transportierten Energie unterscheiden will, dann darf ich die, die sich leichter abschirmen läßt, natürlich nicht außen vor lassen, indem ich sie abschirme.

Herzliche Grüße

MAC

[Bynaus]

Was genau meinst Du, mit solar-kosmischer Strahlung und wie unterscheidest Du die vom Sonnenwind einerseits und von der kosmischen Strahlung andererseits?

Die solar-kosmische Strahlung (oft mit SCR abgekürzt) ist so energiereich, dass sie Spallationen im Target-Material induziert, d.h., es kommt zur Synthese neuer Elemente. Die galaktisch-kosmische Strahlung (GCR) tut dies ebenfalls, aber die beiden haben ein unterschiedliches Energiespektrum (jenes von GCR ist härter und dehnt sich zu sehr viel höheren Energien aus).

SCR selbst hat sowohl eine Flare / CME-Komponente als auch eine Komponente, die mit dem 11-jährigen Zyklus der Sonne schwankt.

Der Sonnenwind dagegen ist so langsam, dass er keine Spallationen induziert - die Ionen werden einfach in den obersten paar 10 nm des Target-Materials gestoppt.

[mac]

Hallo Bynaus,

ah! Jetzt verstehe ich!

Da es mir hier um gerichteten versus isotropen Strahlungsfluß ging, hatte ich den Sonnenwind zur SCR hinzugerechnet, ebenso wie in dem verlinkten Artikel aus 2006 von mir (dort mit SPE (solar particle events) mit Partikelenergien zwischen 0,1 bis einigen GeV bezeichnet)

Herzliche Grüße

MAC