第八七六章 潮汐
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任何天体,不论自然形成、还是人为建造,在太阳系内都受太阳引力的影响,但这一影响并不只表现为绕圈公转,因天体并非一个点、而是有大小的实质,还会出现因距离远近而产生的引力差。
譬如盖亚,半径约六千三百公里的行星,在任一时刻,其正好面对太阳的表面,与正好背对太阳的表面,两处地壳所受的太阳引力就相差近万分之一。
这种微小的差异,除(部分)引发海洋的潮汐外,一时也没有显著的效应。
但是,若天体十分接近太阳,正如人类部署在近日轨道的“全产机”体系,潮汐效应则不能忽略。
在设计大型、超大型结构时,必须计入这一因素,
否则会造成严重后果。
一开始提出“引力潮汐效应”,任新民就点点头,接下来,就沿这话题说下去:
“为避免引力潮汐,加速器主体,应部署在较远的公转轨道上。
其实,也不止‘引力潮汐’这一点,对全长十万公里的超巨型结构而言,若抵近太阳,结构两端与中间的引力大小,也不一样;
这一点,方然,你有没有考虑过呢。”
一边讲解,一边调出资料,方然眼前的叠加显示布满算式,他很快明白了大概。
的确,对“深空粒子加速器”这样庞大的结构,想象成一根长杆,还是极其纤细的那种长杆,在接近太阳时,不论怎样调整姿态,都难免会出现杆两端与中心受力不均的情况。
简单测算,当公转轨道直径为一千万公里时,采取横躺姿态的“深空粒子加速器”,两端引力强度的差异会在万分之零点二五左右。
不到万分之一的差异,看起来,这只是一个可以忽略的细节。
但是,考虑到“深空粒子加速器”,本身是一规划长度十万公里的巨型长杆,加速器本身的重量,会高达上百亿、甚至上千亿吨,
那么这0.0025%的引力差,
积累起来,就会在长杆中部,形成少则百万牛、多则上千万牛的巨大应力。
分析到这里,任新民用一句通俗的比喻,想象在一根纤细长杆中间,挂上几十万吨、相当于好几艘巨型核动力航母的重量,
那么,这根设计来加速例子、而非专门受力的杆,
肯定会被一下子拗断。
太空中的庞大结构,仅仅由于引力,就会一下子扭曲、断裂,
这起初是让方然有一点难以想象,然而,若忽略其他天体的引力,巨大的加速器,在太空中的确只受到太阳引力的影响,
这的确只是一次很简单的受力分析。
“深空粒子加速器”,既然要加速粒子,可想而知必然需要极大的能量。
从这一角度,加速器的部署坐标,是距离太阳、或者说近日轨道换能站越近越好,但这样一来,加速器本身又无法承受太阳的引力撕扯。
若将其部署在半径一点五亿公里的盖亚公转轨道上,这种撕扯效应会小得多,能量获取则会成为另一个困难,至少,会加大近日轨道——盖亚的能量输送负担,即便这加速器的运行时间,可想而知不会太长。
除此之外,还有工程建设方面的考虑:
人类的产业体系,在今天,大部分都位于近日轨道,小部分位于月球基地。
要把一系列全重上百亿、甚至上千亿吨的构造部署到太空,即便总账都一样(都是从行星表面到太空),从近日轨道出发,也要相对更容易一些。
关于“深空粒子加速器”,仅部署坐标,就如此大费周折。
相比之下,加速器的具体细节,反而比盖亚表面的同类系统更简单,一方面加速腔内无须要抽真空,另一方面,在寒冷之极的太空,超导线圈等超低温模块,也不需要庞大而繁杂的冷却与保温结构。
这两大技术点,在既往的加速器上,曾耗费了无数科学家的心血。
太空,顾名思义,一般民众也会有概念,知道其“空无一物”,非但如此,哪怕是在粒子相对“丰富”的太阳系内,每立方厘米空间,平均下来也只有寥寥几个基本粒子。
至于太阳系外,那近乎无限的宇宙空间,绝大多数甚至比这还要更空旷,
根本就什么东西也找不到。
但是在盖亚表面,大气,是如此的无处不在,“尤洛浦大型强子加速器”的二十七公里长之管道,真空度也不过才1*10EXP-13个大气压,
这意味着每立方厘米的粒子数,会高达上百万个。
人类,动用各种手段,在盖亚表面制造出的真空环境,仍远远不及太空。
另一方面,太阳系内的空间,温度倒是和宇宙空间差不多,大概零下二百七十度,这一温度原则上可以保持氦——重要制冷介质的液态。
至于说,如此庞大的加速器,所需要的海量液氦从哪里来,指望盖亚表面的天然气井、或者从大气中那点可怜的丰度,并不太现实,何况净土的产业体系中,用到这一元素的场合还有很多,必须另找来源。
在这方面,和少数激进者的“日口夺氦”设想相比,
还是大多数人的理性选择——前往木星,更经济也更靠谱得多。
氦,化学符号He,相对分子质量4.0026,是宇宙中丰度第二高的元素,作为恒星(一次)燃烧的产物,其丰度排在第一位的氢之后,是可以预料。
不过在盖亚表面,多少年来,人类一直在为如何获取这种宇宙中“遍地都是”的元素而发愁。
早期用于科学实验时,倒还好说,随着科学技术的发展,需要极低温的超导越来越广泛的应用到各行各业,
人们才注意到“氦”这种元素,太轻,很容易从大气层逃逸到太空之中,所以很难从盖亚大气中获得。
迄今为止,人类主要的氦源,来自于天然气,其中多少含有一些盖亚内部放射性元素衰变而产生的氦,旧时代的联邦就有不少这种天然气田,含量高的,可以达到约百分之一,
也因此而几乎把持着全世界的氦市场。
不过,就算有这种来源,面对人类今天的宏伟规划,也是杯水车薪。
任何天体,不论自然形成、还是人为建造,在太阳系内都受太阳引力的影响,但这一影响并不只表现为绕圈公转,因天体并非一个点、而是有大小的实质,还会出现因距离远近而产生的引力差。
譬如盖亚,半径约六千三百公里的行星,在任一时刻,其正好面对太阳的表面,与正好背对太阳的表面,两处地壳所受的太阳引力就相差近万分之一。
这种微小的差异,除(部分)引发海洋的潮汐外,一时也没有显著的效应。
但是,若天体十分接近太阳,正如人类部署在近日轨道的“全产机”体系,潮汐效应则不能忽略。
在设计大型、超大型结构时,必须计入这一因素,
否则会造成严重后果。
一开始提出“引力潮汐效应”,任新民就点点头,接下来,就沿这话题说下去:
“为避免引力潮汐,加速器主体,应部署在较远的公转轨道上。
其实,也不止‘引力潮汐’这一点,对全长十万公里的超巨型结构而言,若抵近太阳,结构两端与中间的引力大小,也不一样;
这一点,方然,你有没有考虑过呢。”
一边讲解,一边调出资料,方然眼前的叠加显示布满算式,他很快明白了大概。
的确,对“深空粒子加速器”这样庞大的结构,想象成一根长杆,还是极其纤细的那种长杆,在接近太阳时,不论怎样调整姿态,都难免会出现杆两端与中心受力不均的情况。
简单测算,当公转轨道直径为一千万公里时,采取横躺姿态的“深空粒子加速器”,两端引力强度的差异会在万分之零点二五左右。
不到万分之一的差异,看起来,这只是一个可以忽略的细节。
但是,考虑到“深空粒子加速器”,本身是一规划长度十万公里的巨型长杆,加速器本身的重量,会高达上百亿、甚至上千亿吨,
那么这0.0025%的引力差,
积累起来,就会在长杆中部,形成少则百万牛、多则上千万牛的巨大应力。
分析到这里,任新民用一句通俗的比喻,想象在一根纤细长杆中间,挂上几十万吨、相当于好几艘巨型核动力航母的重量,
那么,这根设计来加速例子、而非专门受力的杆,
肯定会被一下子拗断。
太空中的庞大结构,仅仅由于引力,就会一下子扭曲、断裂,
这起初是让方然有一点难以想象,然而,若忽略其他天体的引力,巨大的加速器,在太空中的确只受到太阳引力的影响,
这的确只是一次很简单的受力分析。
“深空粒子加速器”,既然要加速粒子,可想而知必然需要极大的能量。
从这一角度,加速器的部署坐标,是距离太阳、或者说近日轨道换能站越近越好,但这样一来,加速器本身又无法承受太阳的引力撕扯。
若将其部署在半径一点五亿公里的盖亚公转轨道上,这种撕扯效应会小得多,能量获取则会成为另一个困难,至少,会加大近日轨道——盖亚的能量输送负担,即便这加速器的运行时间,可想而知不会太长。
除此之外,还有工程建设方面的考虑:
人类的产业体系,在今天,大部分都位于近日轨道,小部分位于月球基地。
要把一系列全重上百亿、甚至上千亿吨的构造部署到太空,即便总账都一样(都是从行星表面到太空),从近日轨道出发,也要相对更容易一些。
关于“深空粒子加速器”,仅部署坐标,就如此大费周折。
相比之下,加速器的具体细节,反而比盖亚表面的同类系统更简单,一方面加速腔内无须要抽真空,另一方面,在寒冷之极的太空,超导线圈等超低温模块,也不需要庞大而繁杂的冷却与保温结构。
这两大技术点,在既往的加速器上,曾耗费了无数科学家的心血。
太空,顾名思义,一般民众也会有概念,知道其“空无一物”,非但如此,哪怕是在粒子相对“丰富”的太阳系内,每立方厘米空间,平均下来也只有寥寥几个基本粒子。
至于太阳系外,那近乎无限的宇宙空间,绝大多数甚至比这还要更空旷,
根本就什么东西也找不到。
但是在盖亚表面,大气,是如此的无处不在,“尤洛浦大型强子加速器”的二十七公里长之管道,真空度也不过才1*10EXP-13个大气压,
这意味着每立方厘米的粒子数,会高达上百万个。
人类,动用各种手段,在盖亚表面制造出的真空环境,仍远远不及太空。
另一方面,太阳系内的空间,温度倒是和宇宙空间差不多,大概零下二百七十度,这一温度原则上可以保持氦——重要制冷介质的液态。
至于说,如此庞大的加速器,所需要的海量液氦从哪里来,指望盖亚表面的天然气井、或者从大气中那点可怜的丰度,并不太现实,何况净土的产业体系中,用到这一元素的场合还有很多,必须另找来源。
在这方面,和少数激进者的“日口夺氦”设想相比,
还是大多数人的理性选择——前往木星,更经济也更靠谱得多。
氦,化学符号He,相对分子质量4.0026,是宇宙中丰度第二高的元素,作为恒星(一次)燃烧的产物,其丰度排在第一位的氢之后,是可以预料。
不过在盖亚表面,多少年来,人类一直在为如何获取这种宇宙中“遍地都是”的元素而发愁。
早期用于科学实验时,倒还好说,随着科学技术的发展,需要极低温的超导越来越广泛的应用到各行各业,
人们才注意到“氦”这种元素,太轻,很容易从大气层逃逸到太空之中,所以很难从盖亚大气中获得。
迄今为止,人类主要的氦源,来自于天然气,其中多少含有一些盖亚内部放射性元素衰变而产生的氦,旧时代的联邦就有不少这种天然气田,含量高的,可以达到约百分之一,
也因此而几乎把持着全世界的氦市场。
不过,就算有这种来源,面对人类今天的宏伟规划,也是杯水车薪。