Рентгеновское излучение на орбите HDE226868

Лебедь X-1 известен как один из самых мощных источников рентгеновского излучения в небе. По данным Военно-морской обсерватории США , максимальный поток Лебедя X-1 (в нижней части последней страницы по ссылке) составляет 1,2672 Краба в диапазоне 2-10 кэВ. 1.2672 Крабы равно$3.04\times10^{-11} \text{ W/m}^2$.

У меня есть расстояние до Лебедя X-1 ~ 1900 парсеков или$5.9\times10^{19} \text{m}$, а расстояние до HDE 226868 равно$3.0\times10^{10} \text{m}$прочь. Используя отношения обратных квадратов, я рассчитал, что поток рентгеновского излучения на расстоянии от HDE 2268868 равен

Как быстро это убьет тебя

Рад равен 0,01 Дж в 1 кг. Тысяча рад убьет тебя. Предположим, что человеческое тело весит 100 кг с однонаправленной площадью поверхности 0,5 м.$^2$, и толщиной около 20 см. Человеческое тело в основном состоит из воды, которая имеет слой половинного значения (HVL) для 300 кэВ излучения 5,823 см (Данные отсюда , последняя страница). Это означает, что если человек толщиной 20 см, он поглощает 4 полуслоя излучения; в качестве альтернативы мы можем сказать, что$1/2^4 = 0.0625$радиации уходит, или около 93% поглощается. Это для 300 кэВ, что намного выше, чем 2-10 кэВ, которые мы действительно наблюдаем. Эти рентгеновские лучи с более низкой энергией поглощаются с большей вероятностью, мы можем предположить, что все падающие рентгеновские лучи поглощаются человеческим телом.

HVL свинца составляет около 0,16 см (опять же для относительно высокого излучения 300 кэВ). Чтобы понизить 117 МВт до 0,117 Вт на квадратный метр, нужно девять порядков, или 1,4 см свинца. Это даст вам всего около четверти рад в секунду. Это приведет вас к уровню радиационного отравления ~ 200 рад примерно за 13 минут. Еще шесть порядков дают вам примерно 24 года до радиационного отравления примерно 2,4 см свинца.

Все идет нормально! Мы можем защитить наш народ!

Теперь давайте посмотрим, что 117 МВт делает с этим выводом. Плотность свинца 11340 кг/м$^3$а квадратный метр свинца толщиной 2,4 см составляет 0,024 кубометра. Теплоемкость свинца 128 Дж/кг·К. Каждый 1 м$^2$поверхность из свинца, корпус весит 272 кг и требует 35 кДж, чтобы подняться на 1 градус Кельвина. Чтобы защитить нас от рентгеновских лучей, этот свинцовый барьер должен поглощать всю энергию рентгеновских лучей. Таким образом, корпус нашего корабля будет увеличиваться примерно на 3342 К в секунду, так как он обеспечивает достаточную защиту от рентгеновских лучей.

Вывод

Не тратя больше времени на расчеты излучения черного тела и тому подобного, можно предположить, что рентгеновский нагрев черной дыры испортит (и плазмит!) все, что находится на орбите HDE226868.

Если самый мощный источник рентгеновского излучения в небе находится на расстоянии более 6000 световых лет, хорошо и дальше находиться от него на расстоянии 6000 световых лет.

Мне нравятся оба предоставленных ответа, но я собираюсь добавить некоторую информацию о звезде и звездном ветре и основываться на этих двух ответах.

Для начала я думаю, что можно с уверенностью сказать, основываясь на ответе Кингледиона, что рентгеновское излучение черной дыры сожжет любой космический корабль, который вращается вокруг звезды с беспрепятственным путем к черной дыре. Это означает, что единственной «безопасной» орбитой с точки зрения рентгеновского излучения будет соответствующая точка Лагранжа, как упоминалось в ответе Уилла. Эта точка защитит космический корабль от рентгеновских лучей черной дыры, всегда удерживая звезду между ним и черной дырой (по сути, щит на 6 миллионов миль). А как же звездный ветер?

Хорошо сначала давайте поднимем некоторые числа;

Звездный ветер нашего Солнца (обычно называемый солнечным ветром) обычно колеблется в пределах 400-750 км/с, в зависимости от того, быстрый это солнечный ветер или медленный. Звездный ветер звезд типа О и В гораздо быстрее, приближаясь к ~2000 км/с. Для простоты назовем это в 4 раза быстрее .

Скорость потери массы для типичной звезды типа O/B составляет порядка$10^{-6}$солнечных масс в год (примерно$2\times 10^{24}$кг/год или ~$6\times 10^{16}$кг/с). Это в 100 000 000 раз больше , чем у нашего Солнца! Для сравнения, это даже больше, чем типичный выброс корональной массы нашего Солнца.

Итак, мы имеем дело со звездным ветром, который в 4 раза быстрее с$10^8$x больше массы, чем наш солнечный ветер.

Теперь давайте добавим черную дыру. Обычно звездный ветер звезды «примерно» сферически симметричен. Это отличается для звезды типа G (нашего Солнца) из-за короны, но для звезды типа O/B мы можем назвать ее симметричной. гравитационное притяжение действует как фокус, создавая несферически симметричный звездный ветер (большая часть ветра направлена ​​на черную дыру, а меньшая - на космический корабль). Рентгеновские лучи также питают звездный ветер, но это не должно играть роли для нашего космического корабля, если он находится в точке L3. К сожалению, я не могу придумать, как рассчитать анизотропию солнечного ветра из-за черной дыры, но предположим, что это приводит к уменьшению вдвое характеристик солнечного ветра в направлении L3 (крайне сомневаюсь, что это имеет такое большое значение). аффект, но ради аргументов давайте согласимся).

Итак, теперь давайте посмотрим, где мы находимся. У нас есть космический корабль примерно на таком же расстоянии от HDE226868, как Меркурий от нашего Солнца. Со звездным ветром, который в 2 раза быстрее нашего, с массой на 50 000 000 больше. Теперь, к счастью, у нас только что был спутник (MESSENGER), который получил отличные данные от инструмента EPPS о энергичной плазме и от инструмента GRNS для галактических лучей. Глядя на данные со спутника, кажется, что звездный ветер со средним энергосодержанием$2\times 10^8$раз больше, чем наш собственный солнечный ветер, нанесет непоправимый ущерб как людям, так и приборам на борту космического корабля. Кроме того, огромное динамическое давление звездного ветра потребовало бы постоянной корректировки орбиты космических кораблей для поддержания постоянной орбиты.

Резюме

Мне кажется, что вам нужно будет выйти на довольно большое расстояние как от черной дыры, так и от звезды, если вы хотите остаться в живых с доступными сегодня технологиями. Одно предостережение заключается в том, что звездный ветер может быть намного легче отклонить, чем рентгеновские лучи. Вместо большого экранирования, если бы ваш космический корабль был способен генерировать значительно большее магнитное поле, он мог бы экранировать себя так же, как его экранирует магнитное поле Меркурия.

Я думаю, вы можете вращаться вокруг звезды. Я не думаю, что струи черной дыры попадают в звезду, и я не думаю, что аккреционный диск простирается так далеко; в любом случае это самолет.

Вы можете вращаться так, чтобы масса звезды находилась между вами и черной дырой, если вас беспокоит непредсказуемое излучение черной дыры или отдаленные последствия аккреционного диска. Эта орбита будет в точке Лагранжа L2 (если синяя на картинке — звезда) или L3 (если желтая — звезда).

Поток массы от звезды к черной дыре происходит между этими двумя телами: держитесь подальше от этого. Излучение черной дыры было бы плохо, но с точки зрения точки Лагранжа L2 черная дыра затмевается звездой, которая вас защищает.

ДОБАВЛЕНИЕ В моем вновь обретенном энтузиазме по поводу этой концепции и после прочтения удаленного ответа @Youstay Igo я задумался, несмотря на дыру, насколько жарко будет от звезды в точке Лагранжа.

Я нашел калькулятор точки Лагранжа. http://orbitsimulator.com/formulas/LagrangePointFinder.html Вот введенные мной значения и расстояния до различных точек.

Я поставил звезду на 23 и отверстие на 14. Это означает, что точка L3 будет затенена звездой от отверстия. Этот L3 находится всего в 0,35 а.е. от звезды. Меркурий находится в 0,39 а.е. от нашего гораздо менее энергичного Солнца.

Я нашел статью, в которой оценивалось, насколько близко космический шаттл («похожий на наш») может подойти к нашему солнцу без приготовления пищи.
с http://www.popsci.com/science/article/2010-07/how-close-could-person-get-sun-and-survive

Однако, путешествуя на космическом челноке, кто-то мог бы приблизиться к нашей звезде. Усиленный углерод-углеродный теплозащитный экран корабля спроектирован так, чтобы выдерживать температуры до 4700°, чтобы гарантировать, что космический корабль и его пассажиры могут выдержать тепло трения, возникающее при входе в атмосферу с орбиты. По словам Макнатта, если бы щит покрыл весь шаттл, астронавты могли бы летать на расстояние 1,3 миллиона миль от Солнца.

13 миллионов миль — это 0,015 а.е. Мне было трудно определить, насколько больше энергии излучает солнце HDE 226868; Голубые сверхгиганты типа О очень горячие . 20 000-кратное увеличение солнца — это нижний предел. Возможно, умножать это слишком просто, но 20 000 * 0,015 = 300 а.е. Таким образом, расстояние в 300 а.е. от этой гигантской звезды = 0,015 а.е. до Солнца. Это в 1000 раз дальше, чем точка Лагранжа L3!

Возможно, исследователям будет лучше в L2, в прохладной тени за черной дырой. По крайней мере, дырка так не вышибает тепловую энергию. Они могут принести осмий, защищающий от жесткого излучения.

ДОПОЛНЕНИЕ Как выйти на орбиту L2, полностью видя дыру, когда, по словам @kingledion, «корпус нашего корабля будет увеличиваться примерно на 3342 К в секунду, поскольку он обеспечивает достаточную защиту, чтобы защитить нас от рентгеновских лучей». Я думаю, айкидо - перенаправьте импульс вашего противника. Давайте использовать рентгеновские лучи, чтобы отрицать рентгеновские лучи.

Рентгеновская дифракция основывается на принципе, согласно которому некоторые кристаллы поглощают и переизлучают рентгеновские лучи, так что между лучами существует конструктивная и деструктивная интерференция. Области конструктивной интерференции обладают гораздо большей лучистой энергией. Областей деструктивного вмешательства гораздо меньше. В идеале нет чистой потери энергии рентгеновского излучения (в виде тепла!) — это просто перераспределение энергии.

Я предлагаю, чтобы щит, сделанный из кристалла с такими свойствами дифракции рентгеновских лучей, можно было бы использовать для перенаправления энергии рентгеновского излучения, позволяя ей проходить мимо, не нагревая щит, корабль или исследователей. Исследователи и корабль, само собой разумеется, будут прятаться в одной из темных областей разрушительного вмешательства.

Это позволило бы воспользоваться тенью черной дыры, поглощающей сияние звезды. Он обходит проблему рентгеновских лучей от черной дыры, направляя их вокруг корабля.

Быть ближе не обязательно означает лучше видеть. Мало того, что вы будете поражены бликами , высокоэнергетическое излучение также вызовет явление, похожее на фотокератит, на ваши сенсоры.

Конечно, первым подходом была бы фильтрация входящих лучей, но простое перемещение на правильную орбиту на дальнем расстоянии дает почти такой же эффект и проще. В этом случае вам придется учитывать дифракцию света под действием силы тяжести.

Без вмешательства, искажающего свет, но с самими создающими объектами, расстояние не должно быть препятствием (если только вы не хотите разрешения вплоть до километрового масштаба), и поскольку вы, вероятно, хотите наблюдать за всей системой и ее взаимодействием, не привязываясь к солнце, вероятно, также будет положительным фактором.

Во всяком случае, я не вижу никакого отдаленно реалистичного способа выжить на орбите вокруг звезды. Окончательное расстояние, на которое вы рассчитываетесь, определяется следующим образом:

• максимально возможное расстояние: сила увеличения вашего телескопа
• минимально возможное расстояние: радиационное равновесие, которое ставит вас на разумную температуру
• оптимальное расстояние: между параметрами 1 и 2, в зависимости от того, насколько устойчивы ваши датчики, и определяется тем, как долго вы хотите, чтобы ваши измерительные приборы оставались работоспособными.

Да, вращаться вокруг HDE 226868 совершенно безопасно, потому что...

У HDE 226868 есть экзопланета.

Знаем ли мы это? Нет. Знаем ли мы, что у него нет экзопланеты? Также нет. Я не могу подтвердить, но я не верю, что Кеплер или другие системы исследовали эту конкретную звезду на наличие экзопланеты, и даже если бы они это сделали, мы не смогли бы обнаружить все экзопланеты — они могут быть маленькими или могут иметь более длительный период обращения, чем наши наблюдения. Таким образом, вы можете постулировать существование одного из них.

С экзопланетой в игре вы можете вращаться вокруг HDE 226868, используя экзопланету в качестве защиты от тепла/радиации/от всего. Вы можете сделать планету настолько большой, насколько вам нужно, и поместить ее достаточно далеко от звезды, чтобы уменьшить количество проблем, исходящих от самой звезды.

У планеты может быть луна, и вы можете создать сложную орбиту, которая защитит вас как от черной дыры, так и от звезды.

Если вы хотите стать по-настоящему экзотичным, вы можете обнаружить, что целая планета находится в точке Лагранжа системы Лебедь-ГДЭ, счастливо вращаясь вокруг своей оси, не вращаясь вокруг ничего. Дайте этой планете большую луну, которая вращается вокруг планеты... вы вращаетесь вокруг планеты и постоянно держите луну между собой и черной дырой... пусть магнитное поле планеты защитит вас от звезды.

По сути, другие ответы говорят, что вы не можете выжить только на своем космическом корабле. Но мы можем констатировать открытие других тел в этом районе, которые дают вам гораздо большую защиту.