Panoramica Un propulsore Shkadov è un tipo di megastruttura che prevede la costruzione di un gigantesco specchio orbitale successivo
a una stella. In questa lezione, inizieremo discutendo di come funziona un motore così stellare. Lo specchio orbitale è posto in una posizione accanto a una stella dove agisce come una statite: cioè, la gravità della stella che agisce sullo specchio viene annullata dalla pressione di radiazione della stella che agisce sullo specchio. Ciò consente allo specchio di rimanere in una posizione stazionaria rispetto alla superficie della stella. Lo specchio fa rimbalzare parte della luce della stella su se stessa; Quando la luce riflessa si scontra con la stella, esercita una spinta sulla stella che la fa accelerare e muovere. Questo ci porterà al secondo obiettivo principale di questa lezione: vale a dire, quali sono i possibili usi di un propulsore Shkadov? Come discuteremo, poiché un propulsore Shkadov può spostare la stella e poiché tutti i pianeti, lune, comete e asteroidi nel sistema stellare sono legati gravitazionalmente alla stella, non solo la stella si muove, ma anche l’intero sistema solare si allontana. In un lontano futuro, il nostro Sole alla fine morirà. Ma potremmo essere in grado di usare un propulsore Shkadov per spostare la Terra in un altro sistema solare, ma questo richiederebbe molti milioni di anni.Come funziona un propulsore Shkadov? “Uno sguardo al tipo più semplice di Dyson Sphere, il propulsore Shkadov, un dispositivo in grado di spostare interi sistemi solari”.
Figura 1: Uno specchio ad arco (arco arancione scuro) sotteso da un angolo2φ2φriflette la radiazione di una stella verso sé stessa. I fotoni si scontrano contro la porzione della superficie della stella che è sottesa dall’angolo2φ2φ. Queste collisioni provocano una forza netta⃗ FF→esercitato sulla stella facendo muovere l’intera stella nella direzione della freccia. La gravità della stella trascina con sé tutto il resto del sistema stellare.
Un propulsore Shkadov è un tipo di megastruttura e motore stellare proposto per la prima volta dal fisico Leonid Shkadov nel suo articolo del 1987 intitolato “Possibilità di controllare il movimento del sistema solare nella galassia”. Per farne uno, un enorme specchio ad arco dovrebbe essere costruito vicino a una stella come raffigurato nella Figura 2. Lo specchio sarebbe posto in una posizione tale che la forza gravitazionale della stella fosse uguale e opposta alla forza media totale a causa della pressione esercitata sullo specchio dalla radiazione di quella stella. Secondo la seconda legge di Newton, la forza netta esercitata sullo specchio sarebbe zero e, quindi, anche l’accelerazione dello specchio e il cambiamento di velocità sarebbero pari a zero. Quindi, lo specchio potrebbe rimanere fermo e “librarsi” sulla superficie della stella senza che la distanza tra lo specchio e la stella cambi. Un satellite che rimane fermo rispetto alla superficie di un corpo massiccio è chiamato statite. La luce stellare si rifletterebbe sullo specchio e si scontrerebbe con la stella, mentre la luce emessa sul lato opposto della stella si disperderebbe lontano dalla stella senza ostacoli da alcun ostacolo. Per una stella isolata senza uno specchio gigante accanto ad essa, la luce stellare viene emessa radialmente in tutte le direzioni esercitando una spinta netta pari a zero sulla stella (il che significa che rimane ferma); Ma per una stella che è accompagnata da una gigantesca statite speculare che fa sì che parte della sua radiazione venga riflessa per collidere con la stella, questa asimmetria si traduce in una spinta netta esercitata sulla stella dandole una leggera “spinta” continua. Ma la stella, essendo gigantesca e massiccia com’è, attirerebbe gravitazionalmente quella statite speculare (e, in effetti, anche i pianeti e tutto il resto) con sé mentre si allontanava. L’intero sistema stella-specchio si muoverebbe, continuamente, ad una velocità costantemente crescente lungo una linea retta nella direzione della freccia che passa attraverso il centro della stella e dello specchio illustrato nella Figura 1.
Potenziali usi di un propulsore Shkadov
Figura 2: Rappresentazione artistica di un propulsore Shkadov. Credito: https://www.artstation.com/artofsoulburn
Se i remoti discendenti dell’umanità sono una civiltà K2, potrebbero decidere di costruire uno statite speculare sopra la superficie del Sole e utilizzare il sistema di specchi solari come propulsore Shkadov. Mercurio è probabilmente uno degli ultimi luoghi del sistema solare che i loro antenati umani avrebbero voluto colonizzare; Sarebbe quindi probabile che avrebbero lasciato questo mondo intatto. Il tipo e l’abbondanza dei materiali di Mercurio renderebbero questo mondo la fonte ideale di “materiali da costruzione” per costruire il propulsore Shkadov. Smontando e smantellando Mercurio e utilizzando i suoi materiali, i nostri discendenti sarebbero in grado di costruire una tale megastruttura senza nemmeno toccare le fasce di asteroidi o altri mondi del sistema solare. Poiché tutti gli altri mondi del sistema solare sono bloccati nelle loro orbite dal regno della gravità del Sole, mentre il propulsore di Shkadov attraversava le enormi distanze dello spazio interstellare, tutti i pianeti, lune, asteroidi e comete sarebbero venuti con esso per il viaggio senza che le loro orbite venissero alterate. Sistema solare dell’astronave. Se lo specchio nel propulsore di Shkadov fosse emisfero (cioè, il suo momento totale è cambiato a causa dell’impulso esercitato da metà della produzione solare del Sole) il sistema solare accelererebbe di un’aggiunta20m/s20m/sed essere sfollati0.030.03anni luce dalla sua posizione originale dopo un milione di anni. Non è molto, ma potrebbe comunque essere potenzialmente utile in determinate situazioni. Ad esempio, se il Sole facesse un passaggio vicino con un’altra stella, il campo gravitazionale di quella stella potrebbe perturbare le orbite delle comete all’interno della nube di Oort minacciando la Terra e le civiltà su molti mondi adiacenti. Usando un propulsore Shkadov per dare una leggera spinta al percorso del nostro sistema solare attraverso lo spazio, una tale catastrofe potrebbe essere evitata. In un’altra lezione intitolata Starlifting, abbiamo esaminato come utilizzando una tecnica chiamata starlifting potremmo prolungare la vita del Sole. Ma un’alternativa a questo sarebbe quella di gettare completamente il Sole. Usando un propulsore Shkadov, potremmo inviare il nostro sistema solare lungo una traiettoria che si avvicina molto a una stella nana neonata; mentre il nostro sistema solare sfrecciava, il pianeta Terra potrebbe essere catturato gravitazionalmente da quella stella e ruotare attorno a una nuova stella natale. Naturalmente,0.030.03Non bastano anni luce per raggiungere un’altra stella. Ma dopo un miliardo di anni, l’impulso costante esercitato dalla radiazione solare sullo specchio avrebbe accelerato il nostro sistema solare per20Okaym/s20Km/se, a quel punto, avremmo coperto una distanza di34,00034.000anni luce, circa un terzo del diametro della Via Lattea. Pianificando molti milioni e forse anche quasi un miliardo di anni in anticipo prima che il nostro Sole si trasformasse in una gigante rossa (che “brucerebbe la Terra in un croccante o la ridurrebbe a un vortice di atomi”), la Terra potrebbe trovare un nuovo sistema solare domestico. Le stelle nane possono vivere fino a cento trilioni di anni dando ai nostri discendenti una fonte di energia per molti eoni.
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Referenze
1. Gilster, Paolo. “Moving Stars: The Shkadov Thruster“. Centauri Dreams, Paul Gilster, 26 novembre 2013, https://www.centauri-dreams.org/?p=29579.
2. Isacco Artù. “Megastrutture 08: propulsori Shkadov“. Videoclip online. YouTube. YouTube, 22 aprile 2016. Ragnatela. 21 ottobre 2017.
3. Blevins, Neil. Megastrutture: propulsori Shkadov. 30/05/2016.ArtStation. Ragnatela. 21 ottobre 2017.