Насколько большим должен быть аморфный шарик, чтобы выбросить часть себя на орбиту?

Не произойдет

Давайте начнем с предположения, что капля, как и большая часть жизни на Земле, состоит в основном из воды. Также скажем, что она примерно такой же плотности, как вода — 1000 кг/м^3.

Выяснить, насколько сложно капле будет избежать гравитации Земли, будет сложно, потому что мы должны учитывать такие вещи, как сопротивление ветра из-за атмосферы. Итак, сначала мы проигнорируем Землю и посмотрим, как трудно было бы избежать гравитации Солнца и покинуть Солнечную систему.

С Земли скорость убегания за пределы Солнечной системы составляет 42 км/с . Это чертовски быстро. Для справки, скорость звука в воде равна 1,48 км/с. Это также является жестким ограничением того, насколько быстро ваш шарик может отбросить кусок самого себя — энергия давления не может реально двигаться быстрее, чем через воду.

Итак, представьте, что каким-то образом ваша капля может отбросить часть себя со скоростью 1,48 км/с, затем эта часть может отбросить часть себя со скоростью 1,48 км/с и так далее, пока что-то не достигнет 42 км/с. Простая математика говорит нам, что бросок чанков должен произойти 29 раз.

Чтобы продвинуть 2/3 себя вперед со скоростью 1,48 км/с, кусок должен будет оттолкнуть другую 1/3 назад со скоростью 2,96 км/с. Как я уже упоминал, этого не может произойти, поэтому в лучшем случае кусок будет продвигать вперед половину своей массы на каждом этапе.

К несчастью для вашего блоба, вам нужно беспокоиться об экспоненциальном затухании. Разрезание себя пополам 29 раз не оставляет большого труда — вам придется$\frac{1}{2^{29}}$столько осталось, сколько вы начали с. Итак, если взять всю биомассу Земли (около$4\times 10^{15}$кг), вы можете получить$7.45\times 10^6$кг до космической скорости. Этого достаточно для 19-метрового куба.

Теперь давайте посмотрим на вовлеченные плотности энергии. Чтобы не усложнять, считайте кусок стационарным и рассмотрите кинетическую энергию куска, движущегося со скоростью 1,48 км/с. Это даст нам оценку того, сколько энергии потребуется, чтобы бросить кусок так быстро.$K=\frac{1}{2}mv^2=1.095\times 10^{6}m$джоулей, поэтому, чтобы масса могла выбросить равную массу с такой большой энергией, она должна быть в состоянии использовать 1,095 МДж/кг за очень короткий промежуток времени. Однако это почти на порядок меньше общей энергии, запасаемой углеводами . Таким образом, в основном весь кусок должен состоять из легкодоступного хранилища энергии и механизма для продвижения вперед.

Это уже сильно расширяет границы правдоподобия, но это единственный способ, которым это сработает. Если 2/3 куска продвинулись вперед на 1/3, только$\frac{1}{3^{29}}\approx 1.4\times 10^{-14}$оригинала останется, поэтому, используя всю биомассу Земли, мы получим 58 кг (около двух кубических футов) куба из Солнечной системы.

Кроме того, эти кубы не будут вылетать за пределы Солнечной системы — к тому времени, когда они покинут Солнечную систему, их скорость будет около 800 м/с. Таким образом, они потенциально могут добраться до следующей ближайшей звезды через 50 триллионов лет. Это произойдет спустя много времени после того, как звезда назначения умрет.

Другой способ усугубить ситуацию для вашего блоба состоит в том, что 1,48 км/с на самом деле подобны скорости света — на самом деле потребуется все больше и больше энергии, чтобы все ближе и ближе приближаться к этому пределу. Вполне вероятно, что для достижения половины этой скорости, 740 м/с, потребуется столько же энергии, сколько мое упрощение позволило достичь 1,48 км/с. Так что потребовалось бы в два раза больше шагов бросания кусков, что уравновешивает уменьшение массы...$\frac{1}{2^{57}}\approx 1.7\times 10^{-18}$исходной массы может покинуть Солнечную систему.

О, и помните, как мы полностью проигнорировали выход из земного притяжения? Да, эта проблема не исчезнет, ​​даже если капля поглотит всю Землю, камни и все такое, потому что это каким-то образом не разрушает гравитацию.

Удары метеорита могут выбросить его части на орбиту.

Это реальная вещь. Мы идентифицировали марсианские метеориты, упавшие на Землю, идентифицированные с помощью изотопного анализа. Они были отколоты от поверхности Марса метеоритными ударами и запущены на орбиту. В настоящее время мы идентифицировали 132 марсианских камня на Земле.

https://en.wikipedia.org/wiki/Марсианский_метеорит

Это реальный и логичный способ для вашей капли сесть на космический поезд. На самом деле, это почти неизбежно для любой планеты, покрытой каплями. Единственным фактором, мешающим этому процессу, является густая атмосфера, которую просто преодолевает более сильный удар. Как только материи будет летать достаточно, она, несомненно, со временем заразит всю Солнечную систему.

Я не знаю, могло ли столкновение вытолкнуть его в межзвездное пространство. Если капля достаточно разумна, вторая стадия может включать в себя формирование тонкой пленки и движение в виде солнечного паруса .

Хм... если эта капля не сделана из ракетного топлива, этого не произойдет.

Причина этого находится в так называемом ракетном уравнении . Одним из факторов здесь является «эффективная скорость выхлопа». Не вдаваясь в технические подробности — отметим, что это настоящая «ракетостроение» — скорость должна быть очень высокой . И вы не можете добиться этого, «бросая вещи назад». Вам нужно что-то поджечь, чтобы у вас был непрерывный взрыв, который вы могли бы направить назад.

Если вам нравится, вы можете задать этот вопрос в Space Exploration SE , и они могут дать вам все технические детали, но вкратце: этого не произойдет .

Вместо капли это может быть тонкая структура, которая распространяется, и когда ее части выходят за пределы атмосферы, она действует как солнечный парус.

Я думаю, существо Фреда Хойла было чем-то вроде этого. Возможно, Дэвид Герролд тоже использовал это. Я точно не помню.

Должно ли существо приводниться полностью?

Или может большая его часть занять позицию на орбите и распространить своего рода ложноногу вниз к планете (и вверх в противоположном направлении). Во время потребления ресурсов планеты это действует как гигантский корень для орбитальной материнской капли. Когда планета почти истощается, сгусток снова поднимается вверх на псевдоноге, подобно космическому лифту, а затем дрейфует к своей следующей межзвездной жертве.

Другие указывали, почему невозможно, чтобы существо двигалось как качалка, но могло подняться на орбиту. Если бы существо могло построить древовидную или рифоподобную структуру высотой в десятки или сотни тысяч километров, вращение Земли могло бы дать ему достаточную скорость, чтобы оставаться на орбите. Оказавшись на орбите, солнечный парус, предложенный Я. Длугошем, мог привести его к другой планете или даже к другой звезде.

Поскольку трудной частью процесса является построение такой структуры, однажды построенная она может производить потомство с солнечными парусами в больших количествах, чтобы колонизировать всю галактику.

Конечно, механические свойства материалов, необходимых для создания структуры, намного превосходят все известные, но вы знаете, что эволюция и естественный отбор являются мощными силами, даже когда они сталкиваются с такими трудными проблемами.

Выбросить что-то на орбиту невозможно, и неважно, как быстро и сколько энергии вы тратите.

Вам не нужно никаких знаний об орбитальных скоростях или ракетных уравнениях, чтобы понять, что это не работает. Простой факт заключается в следующем: вы не можете достичь орбиты, используя только один импульс , как пушечное ядро ​​из пушки, или пулю из ружья, или гигантскую каплю, отбрасывающую свои осколки. Снаряд всегда будет подниматься вверх, немного кружиться и возвращаться обратно, чтобы удариться о поверхность. На практике он сразу же сгорает при попытке покинуть атмосферу, и если что-то выживает, он сгорает при повторном входе в атмосферу.

Следующая диаграмма может помочь:

Точки, где красная линия орбиты пересекается с поверхностью планеты, являются точками запуска и падения. Независимо от того, под каким углом или на какой скорости вы запускаете, этот красный эллипс всегда проходит через точку запуска.*

Таким образом, после запуска все ракеты, пули и шарики летят только по большой дуге. Ракетный двигатель может быть (и обычно) немного выключается после запуска, сразу после выхода из атмосферы, и корабль, пуля или капля будут двигаться по инерции до самой высокой точки. Именно здесь, в апоапсисе, нужно произвести второй прожиг, разогнав снаряд. Это ускорение поднимает перицентр (кратчайшее расстояние от центра планеты до эллипса), в конечном итоге поднимая перицентр над поверхностью. Когда перицентр поднимется выше атмосферы, ракета будет двигаться по кругу без каких-либо дополнительных действий.

Первый импульс (или горение) также должен поддерживать низкую скорость, чтобы пройти самый толстый нижний слой атмосферы, не потеряв всю энергию на трение, не перегревшись и не взорвавшись из-за аэродинамического напряжения. Чем больше энергии вы пытаетесь добавить сюда, тем хуже становятся эти проблемы.

• Существует только один возможный класс орбит, достижимых одним импульсом. В чистом вакууме (без атмосферы), если запустить точно горизонтально с достаточно большой скоростью, запущенный снаряд возвращается горизонтально в точку запуска, по касательной к поверхности. Чем быстрее вы запустите по горизонтали, тем выше будет аппапсис на противоположной стороне планеты. Но на стартовой площадке высота всегда будет равна нулю. Любые горы рядом с местом запуска будут проблемой (как и вакуум для ваших форм жизни).

Единственный случай, когда что-либо без двигателя, покидающее поверхность одним импульсом, может выйти на орбиту над атмосферой, это если оно сталкивается с чем-то другим, когда оно находится вблизи его апоцентра, обеспечивая второй импульс и ускоряя его в прямом направлении (поэтому оно возвращается назад). закончился, ускоряя его в направлении, в котором он движется). Предполагается, что куча расплавленных камней была выброшена из земли в результате гигантского столкновения, и они столкнулись друг с другом, образовав орбиты, которые в конечном итоге сливались в луну, и все, что не столкнулось, упало обратно.

TL;DR: Вы не можете вывести что-то на орбиту, бросив это. Орбитальная механика говорит нет. Это прискорбно, потому что если вы сможете выйти на стабильную орбиту, у вас будет все время во Вселенной, чтобы развернуть солнечный парус и в конечном итоге уплыть куда-то еще.

Однако вы МОЖЕТЕ полностью освободиться, применив не более чем грубую силу. Вам просто нужно как-то выжить, преодолевая атмосферу на скоростях выше космической. Это будет означать сгорание, как падающая звезда в обратном направлении, но при достаточной абляционной защите это может быть возможно. Скорость убегания на уровне земли составляет 33 Маха (12 км в секунду), но эта скорость будет быстро уменьшаться из-за сил трения и сопротивления, поэтому фактический запуск должен быть действительно намного, намного быстрее.

Это потребует гораздо больших сумм энергии, чем запуск ракеты, поскольку это очень неэффективно. Но пока снаряд проходит через атмосферу со скоростью выше 12 км/с, он улетает на орбиту вокруг Солнца. И этого теоретически достаточно, чтобы добраться до любой точки Солнечной системы и за ее пределами, учитывая эоны времени и правильную гравитацию.

Потребление всего живого на планете-мишени контрпродуктивно — у организма кончится еда, и тогда дело пойдет не по плану.

Возможно, было бы лучше иметь более тонкий организм, который живет в некой форме симбиоза со всем, что он встречает на планете. Затем он может подождать (это очень терпеливый организм), пока обитатели освоят космические путешествия, и просто покататься автостопом. Зачем выполнять тяжелую работу, если вы можете заставить местные организмы сделать это за вас?

По-настоящему творческий организм может даже направлять эволюцию местных существ в определенном направлении с целью просто вернуться в космос.