Планета освещена реликтовым излучением с синим смещением

Я не знаю, что могло бы так сильно ускорить планету, не уничтожив ее в качестве побочного эффекта. Не говоря уже о какой-либо жизни на нем. Но я могу сказать, что если это удастся, я ожидаю серьезных побочных эффектов.

Для протокола: высокие релятивистские скорости довольно сумасшедшие. Если я пренебрег или неправильно истолковал один из их эффектов, что ж, это просто лучший способ, не тратя слишком много времени, поскольку никто другой, кажется, не делает этого всерьез.

Освещенная среда обитания в солнечном спектре

При перемещении по просторам космоса реликтовое излучение (космический микроволновый фон) фактически составляет большую часть приходящего излучения. На этом сайте есть хороший сюжет и некоторые пояснения по этому поводу. Так что, по крайней мере, с точки зрения энергии, звездный свет не будет там главным фактором.

Теперь, что касается среды обитания , я думаю, что все испортится, если я правильно понимаю излучение черного тела. Я пока не буду обращать внимания на прилетающие частицы и займусь основной проблемой вопроса: и реликтовое излучение, и наше Солнце следуют планковскому излучению черного тела. Это означает, что если мы хотим получить спектр, излучаемый солнцем, мы должны использовать источник черного тела, соответствующий той же температуре, иначе интенсивность более коротких длин волн значительно упадет, что даст нам меньше видимого света и больше света. инфракрасный и не только. Красное или синее излучение черного тела не меняет его свойств, а только его температуру. Таким образом, чтобы получить тот свет, который мы имеем, большая часть обращенного вперед неба (до аберрации) должна излучать с интенсивностью солнца!

Солнце имеет телесный угол всего$7 \cdot 10^{-5}$как видно с Земли. Если эквивалентом чего-то в масштабе четверти неба является черное тело при солнечной температуре, это гигантское солнце сожжет планету. Это исключает наличие света, как на Земле, нам придется перейти к более длинным волнам.

Чтобы сделать мощность нашего входящего реликтового излучения равной мощности Солнца на Земле, мы можем приравнять входящую интенсивность, умноженную на телесный угол обоих из них. (Опять же, я предполагаю, что аберрация просто сжимает свет в одном направлении и пока работает с неискаженным небом.) Таким образом, мы можем рассчитать температуру черного тела, которую реликтовое излучение должно было бы заменить солнцем по тепловому выходу. Используя закон Стефана-Больцмана для масштабирования мощности с температурой черного тела, мы получаем$T^4 \pi = T_\odot^4 A_\odot$, куда$T$желаемая температура,$T_\odot$температура солнца,$A_\odot$телесный угол, а$\pi$эквивалентен четверти неба.

(Значение для соответствующего эффективно освещенного неба является всего лишь грубым предположением, но должно быть достаточно хорошим. См. комментарий verlaner. Обратите внимание, что видимое изображение неба может быть сильно искажено из-за аберрации света, связывающего падающий свет. в прямом направлении.)

С$T_\odot = 5800\text{K}$и телесный угол из предыдущего абзаца, это дает$T = 398\text{K}$.

Это просто о$125^{\circ}\text{C}$. Эта температура черного тела слишком низка, чтобы дать желаемое освещение, но уже нагревает планету на полную мощность, которую дает солнце.

Скорости

У меня такое ощущение, что идея синего сдвига реликтового излучения в солнечный спектр в целом нездорова. Допустим, реликтовое излучение волшебным образом не причиняет нам вреда, но нам нужно, чтобы он имел солнечный спектр, чтобы увидеть, какая это скорость.

Реликтовое излучение имеет пиковую длину волны около$1\text{mm}$. Солнце в$0.5\text{µm}$. Итак, вы хотите получить коэффициент примерно$2000$по частоте.

Релятивистский эффект Доплера дает отношение частот$\sqrt\frac{1 + \beta}{1 - \beta}$, куда$\beta = \frac vc$. Это дает что-то вроде$v \approx 0.9999995c$.

Рассчитаем кинетическую энергию на единицу массы при этой скорости.

Так что, если не принимать во внимание сильное замедление времени, препятствия — это плохо. Один грамм падающей массы будет иметь выход$90\text{PJ}$, что составляет примерно 1500 бомб Хиросимы. Думаю, можно с уверенностью сказать, что пыль и метеориты будут гораздо большей угрозой для этой планеты. Также, если планета будет быстро тормозиться из-за столкновений, никто не захочет на ней жить. ;)

Предполагая, что она такая же большая, как Земля, планета сметает объем со скоростью$r^2\pi c \approx 3.8 \cdot 10^{22} \frac{m^3}{\text{s}}$. Если он пройдет через молекулярное облако с$10^7 \frac{\text{hydrogen molecules}}{\text{m}^3}$, это дает около$10^{23} \text{W}$. Для сравнения, наше солнце вносит около$10^{17}\text{W}$. Это не звучит здорово.

Однако космическое пространство — за пределами галактик — имеет плотность ниже одного атома на кубический метр. Это убирает шесть порядков величины, которые нам нужны, чтобы получить мощность ниже солнечной. Признаюсь, я понятия не имею, может ли такая бомбардировка нанести прямой ущерб атмосфере или среде обитания, даже если ее абсолютная мощность невелика.

Не то, чтобы что-то из этого имело отношение по сравнению с приведенным выше аргументом об излучении черного тела. В общем, моя оценка такова, что это не закончится хорошо, и, вероятно, тоже быстро.

Без гарантии правильности. Пожалуйста, прокомментируйте или отредактируйте, если вы нашли ошибку.

Я не собираюсь вычислять, с какой скоростью должна двигаться планета, чтобы произошел этот эффект. Я предполагаю, что это должно произойти чертовски быстро, чтобы была существенная разница, но у меня нет многого, чтобы поддержать это, кроме (иногда ошибочной) интуиции.

Может ли планета разгоняться до какой-то невероятной скорости? Абсолютно. Просто поместите его рядом со сверхмассивной черной дырой Стрелец A* в центре нашей галактики. Я должен добавить картинку (из Википедии), чтобы проиллюстрировать, сколько звезд находится рядом с ней: ^{Изображение предоставлено пользователем Википедии Cmglee под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported .}

Считается, что межгалактические звезды выбрасываются из своих родных галактик в результате взаимодействия со сверхмассивной черной дырой. Вот рисунок (из Википедии), иллюстрирующий это: Изображение в общественном достоянии.

Прошу прощения, если загрузка графики занимает некоторое время; на моем компьютере это заняло около 30 секунд.

Эти звезды известны как сверхскоростные звезды. Они могут двигаться со скоростью около 1000 км/с — этого недостаточно (если расчеты Вандрои верны) для такой скорости. Однако я бы не удивился, если бы галактика с несколькими SMB (возможно, в результате слияния нескольких галактик) могла бы заставить звезды двигаться намного быстрее, чем это. Если это может случиться со звездами, то наверняка может случиться и с планетами (примечание: планеты-изгои не обязательно удаляются от своей звезды таким образом). Кроме того, планеты намного менее массивны, чем звезды (на много порядков), и, следовательно, могут получить ускорение на много порядков выше.

Будет ли такая планета находиться в постоянной опасности столкновения с малыми телами, которые при таких скоростях могут представлять опасность для всего населения планеты?

Скорее всего нет. Помните эту цитату Дугласа Адамса:

«Космос, — говорит он, — большой. Действительно большой. Вы просто не поверите, насколько он огромно, огромно, ошеломляюще огромен. арахис в космос, слушай..."

Плотных участков небесных тел не так много. Помните, ближайшая звездная система — это система Альфа Центавра, и она находится на расстоянии 4 световых лет! Я полагаю, что столкновения будут крайне маловероятными, хотя вблизи галактического центра может быть больше активности. Тем не менее, он, вероятно, будет немного взаимодействовать с межзвездной средой , хотя и не всерьез.

Что, если эта штука отправится в межгалактическое пространство? Что ж, он, вероятно, столкнется с межгалактической средой , часть которой состоит из плазмы, возможно, состоящей из водорода. Планета может немного нагреться, что, я думаю, хорошо для вашего сценария. Вероятно, будут и интересные атмосферные взаимодействия; трение между атмосферой и межгалактической средой может нагреть верхние слои атмосферы до экстремального уровня.

Не будет ли такая планета быстро тормозиться из-за космической среды?

Возможно - и, вероятно, немного. Безусловно, будут взаимодействия либо с ISM, либо с IGM, что может немного замедлить работу. Если планета пройдет через области космоса с более высокой плотностью (туманности, газовые облака и т. д.), то это станет более серьезной проблемой. Что подводит нас к нашему последнему разделу.

Что произойдет, если такая планета столкнется с межгалактическим газовым облаком или войдет в галактику?

Прохладный. Я не уверен, что здесь произойдет, потому что я не знаю, существуют ли они в значительных количествах. Я могу проанализировать межзвездное облако , если хочешь.

Межзвездные облака — это области космоса, заполненные большим количеством газа и пыли. Они содержат немного плотного ISM, а также много водорода . Некоторые из них, такие как гигантские молекулярные облака , являются местами рождения звезд. В них чертовски много водорода в его молекулярной форме (H ₂ , я думаю, хотя я не уверен). Насколько плотны эти облака? Некоторые очень плотные. Из Википедии,

В то время как средняя плотность в окрестностях Солнца составляет одну частицу на кубический сантиметр, средняя плотность ГМО в сто-тысячу раз больше.

Ух ты. Это довольно плотно. Может ли это создать проблемы для нашей высокоскоростной планеты? Возможно. Но могут быть и некоторые плюсы. Ведь звезды рождаются рядом. А гравитационный захват возможен всегда. . .

Математика показывает , что планета должна двигаться со скоростью не менее 120 км/с относительно неподвижного наблюдателя (для справки, это примерно в 15 раз быстрее, чем Земля движется вокруг Солнца) до максимальной скорости около 210 км/с (26 км/с). раз). Т.е. примерно от 0,04% до 0,07% скорости света.

Скорее всего, такая планета не будет «стабильной» (с астрономической точки зрения) достаточно долго, чтобы поддерживать жизнь. Но...

• Да, ему будет угрожать опасность столкновения с небольшими телами.
• Далекие объекты также будут иметь синее смещение, поэтому лучше всего сделать так, чтобы эта планета улетела в пустоту (темную область) Вселенной так, чтобы все видимые звезды/галактики были позади нее (и, таким образом, смещены в красную сторону, скорее всего, вниз). в инфракрасном диапазоне и выше). Это также сведет к минимуму вероятность того, что он врежется во что-то большое.
• Не на самом деле нет. Я уверен, что для фотонов существуют расчеты трения, но, честно говоря, они будут минимальными.
• Что случается? Очень большие взрывы и смерть. Вы бросаете тело размером с планету в тело размером с другую планету на невероятной скорости. Частицы газа, попадающие в атмосферу, скорее всего, осветили бы небо смертельной радиацией, как, например, северное сияние, за исключением еще более высокой энергии.

Я предполагаю, что это нереально и никогда не может произойти, но это значительно более правдоподобно, чем межзвездный космический полет (сверхсветовое путешествие), и ни у кого нет с этим проблем. Рациональное объяснение: планета была отброшена от сближения с черной дырой, отправив ее в глубокие космические пустоты, оторвав от своей родительской звезды (звезды вращаются вокруг черных дыр с такими скоростями, так что гиперболическая траектория может отбросить маленькое тело достаточно быстро).