¿Cuál es la manera más fácil de parar una estrella?

Question

En escalas de tiempo cosmológicas, el hidrógeno y el helio nucleii va a ser escaso en el Universo. A mí me parece que cualquier civilizaciones avanzadas que puedan existir en esa época, que tendría la motivación para tratar y prevenir las estrellas del uso de los mismos, con el fin de quemar el combustible más lentamente y extraer una mayor proporción de la energía en forma de trabajo útil.

Uno podría decir que, en escalas de tiempo se mide en miles de millones de años, las estrellas son un uso insostenible del universo de combustible. Esta pregunta es acerca de si tales civilizaciones tendría los medios para hacer algo al respecto. Mis preguntas son:

1. ¿Cuál sería el más eficiente de la energía en forma (utilizando conocidos de la física) a golpe de distancia de una estrella o de otra manera prevenir o disminuir en gran medida la velocidad a la que se realiza la fusión? Estamos asumiendo que esta civilización tiene acceso a vastas cantidades de energía, pero no quiero perder innecesariamente, ya que el objetivo es el acceso a la energía a partir del hidrógeno de la estrella, se habría quemado. En orden para que esto valga la pena, la energía obtenida de hacer esto tendría que ser mucho más que la energía que toma el proceso.

2. ¿Cuál sería la astronómico de la firma de una actividad de este tipo? Si de lo que estaba pasando en una galaxia lejana, deberíamos ser capaces de detectar desde la Tierra?

Actualización

Todavía estoy interesado en esta cuestión. Hay algunos grandes respuestas, pero en la actualidad no creo que ninguna de ellas enfoque de la manera más eficiente para resolver el problema, es decir, una forma que puedan ser intentado por una civilización con los recursos y la motivación para hacerlo. Lubo respuesta deja claro que los requerimientos de energía no son demasiado estrictos en sí mismos (sólo se necesita para sacar una pequeña fracción de cerca de un gigante de gas y fusionar el hidrógeno en elementos más pesados; esta pregunta presupone ya la capacidad de extraer energía de fusión en, literalmente, escala astronómica), pero señala que no "bomba" de átomos puede entrar en una estrella y blow up. Sin embargo, esto no descarta otros métodos, tales como el aumento de la estrella del momento angular a través de algunos medios (como en AlanSE la respuesta) o de alguna manera (tal vez electromagnéticamente) extracción de plasma de su superficie en lugar de soplar hacia arriba desde el interior.

Si al extraer el plasma de la superficie es posible, entonces las ideas de que este tiene un cierto atractivo, porque la resultante de hidrógeno podrían ser fusionados, la liberación de energía que podría ser utilizada para sacar más, y así sucesivamente de manera exponencial. (Tipo de como el opuesto de ese bit en la película de 2010, cuando un auto-replicantes monolito Júpiter se convierte en una estrella.) Algunos de los que resulten de la energía que se podría poner en el aumento de la estrella del momento angular así. Sin embargo, no sé lo suficiente acerca de la física del plasma para saber si hay una manera de chupar el plasma hacia arriba desde la superficie de la estrella. (Se puede hacer por la gravedad, por supuesto, pero luego el hidrógeno sólo termina siendo diezmadas por la huída de fusión en la superficie de otra estrella, así que esto no es muy útil.)

Dado esto, mi actual preguntas específicas son:

• Hay una forma plausible para remover el material de la superficie de una estrella a una velocidad apreciable, ya sea electromagnéticamente o a través de algún otro medio? Si es así, hay otra cosa que la (prácticamente ilimitado) disponibilidad de energía que limita la velocidad a la que esto se podría hacer?

• Dado lo suficientemente enorme de suministro de energía, ¿hay una manera eficaz de aumentar rápidamente en una estrella del momento angular? Parece (por AlanSE la respuesta) que redirigir la estrella de la radiación sería demasiado largo, pero tal vez despido masivo de objetos o haces de partículas en el que lograría el mismo efecto en un tiempo más corto.

• Aparte de estas ideas, sería la adición de elementos más pesados que el hidrógeno de la estrella suprimir la fusión por absorción de neutrones? Qué cantidades serían necesarios con el fin de afectar a la estrella de la evolución por medio de este método? (Una civilización que se come las estrellas va a generar una enorme cantidad de estable nucleii como un producto de desecho, así que tal vez no tiene sentido simplemente descarga de algunos de ellos en la próxima estrella.)

Answer 1

La quema (y de fusión) es "insostenible", por definición, porque significa convertir un aumento de la cantidad de combustible a la "energía", además de "productos de desecho" y en algún momento, no hay ningún combustible a la izquierda.

No estoy seguro de si la palabra es "insostenible" fue utilizado como una broma, una parodia de la misma sin sentido adjetivo que es tan popular con la baja frente de medios de comunicación en estos días, pero he reído (porque casi suena como que usted está proponiendo apagar el Sol para ser verdaderamente amigable con el medio ambiente). La reacción termonuclear en el Sol se ha "sostenido" por 4,7 millones de años y alrededor de 7.5 millones de años que quedan antes de que el Sol se va de gigante roja. Más de 10 mil millones de años – muchos otros procesos son mucho menos sostenible que eso. Lo que es más importante, no hay nada malo acerca de los procesos y actividades de " ser "insostenible". Todos los procesos en el mundo real son insostenibles y la más agradable son los menos sostenibles.

Pero volviendo a su proyecto específico.

Cuando se trata de la energía, es posible golpe de una estrella aparte, sin gasto de energía que supera el real termonuclear de energía almacenada en la estrella. Acaba de hacer un cálculo simple para el Sol. Intentar dividir a 2 semisuns cuya masa es de $10^{30}$ kilos, cada uno. La distancia actual entre los dos semisuns es acerca de $700,000$ kilómetros, el radio del Sol. Se quiere separar de ellos a una distancia donde la energía potencial es pequeño, comparable a la que en el infinito.

Esto significa que usted debe "liberar" a la semisuns de un potencial. La energía potencial gravitacional es necesario gastar es $$ E = \frac{G\cdot M\cdot M}{R} = \frac{6.67\times 10^{-11}\times 10^{60}}{700,000,000} = 10^{41}\,{\rm Julios} $$ Eso es el equivalente a la energía de la $10^{24}$ kilogramos (la masa de la Luna o algo así) convierte completamente en energía a través de la $E=mc^2$, o termonuclear de energía de la quema de toda la Tierra de hidrógeno (aproximadamente).

Puede forzar el Sol para hacer algo como el "gigante roja" de transición antes de tiempo y salvar a algunos de hidrógeno, que es que no se quema. Para ello, usted tendrá que gastar la cantidad de energía correspondiente a la Tierra completamente quemado a través de la fusión.

Pero, por supuesto, el recuento de la energía que ha sido "favorable" no es el único problema. Realmente desgarro el Sol aparte, tendría que enviar un objeto en el interior del Sol que iba a sobrevivir a las más extremas condiciones, más allá, incluyendo 15 millones de grados Celsius y 3 mil millones de atmósferas de presión. No hace falta decir, no sólido puede sobrevivir a estas condiciones: cualquier objeto que se basa en los átomos sabemos que inevitablemente se convertirá en un plasma. Estrechamente relacionados con el hecho de que la materia ordinaria basada en los núcleos y los electrones no se permite ninguna "alta presión" explosión de la termonuclear uno así que no hay nada "más fuerte" que podría ser enviado al Sol como un explosivo para contrarrestar la enorme presión en el interior de la estrella.

Uno debe acostumbrarse al hecho de que el plasma es lo que se hace fuera de todo lo que intenta "intervenir" en el Sol – y cualquier intruso sería devoró rápidamente y el Sol iba a restablecer su equilibrio. La única laguna posible es que la cantidad de este material es de gran tamaño. Así que usted puede pensar acerca de la colisión de dos estrellas, que tal vez podía destruirlas y detener la fusión. Esto no es fácil. La energía necesaria para cambiar sustancialmente la trayectoria de la otra estrella es muy, muy grande, a menos que uno la suerte de que las estrellas están ya va a "casi chocan", que es extremadamente raro.

La física no le permite hacer tales cosas. Usted necesita una forma de materia que es más extremo que el plasma en el Sol, por ejemplo, el neutrón importa, pero probablemente esto no puede ser mucho más ligero (y fácil de preparar, por ejemplo, cuando se trata de la energía) de la estrella. Un agujero negro sólo podía perforar un agujero (cuando lo suficientemente rápido) o consumir el Sol (que no quiere).

Sin embargo, si se permite que el Sol para ser comido por un agujero negro, que realmente va a conseguir un sistema más eficiente y más fuente de energía sostenible. Bien, demasiado sostenible. ;-) Un agujero negro de la masa comparable a la de la masa solar tendría un radio de unos 3 kilómetros. Sólo enviar aproximadamente un fotón de 3 km de longitud de onda de cada nanosegundo o así en la radiación de Hawking, y no se evaporan después de $10^{60}$ años o así. Sería tan sostenible que nadie podría observar la energía que se está emitiendo. Sin embargo, el agujero negro en última instancia sería emiten toda la energía $E=mc^2$ almacenado en la masa.

Si hay poderosas civilizaciones listo para hacer un poco de "helioengineering", seguramente no sufren de ingenuo y primitivo ideas erróneas sobre el mundo, tales como la palabra "sostenible" y muchas otras palabras que son tan populares en el retrasados mentales movimiento conocido como "ecologismo". Estas civilizaciones pueden hacer muchas cosas artificialmente, pero que seguramente se dan cuenta de que la reacción termonuclear en las estrellas es una muy eficaz y útil para obtener la energía a partir del hidrógeno como combustible. Incluso algunos de nosotros nos damos cuenta de que casi toda la energía útil que permitió a la Tierra para evolucionar y crear la vida y otras cosas vinieron desde el Sol.

El Sol puede llegar a ser insostenible en 7.5 millones de años, pero según todo lo que sabemos acerca de la Naturaleza, es la óptima para proporcionar lo suficientemente grandes civilizaciones – planetas enteros – con la energía.

Answer 2

La forma más eficiente de ahorrar hidrógeno para su uso en el futuro por una civilización muy avanzada no es para tratar de detener la corriente de las estrellas de la quema de sus hidrógeno, sino más bien para asegurarse de que la estrella de la tasa de generación de la galaxia cae a cero. Básicamente, dar seguimiento a la corriente de las estrellas como una causa perdida y sólo evitar que nuevas estrellas de la formación. Esto funciona debido a que la cantidad de hidrógeno en las nubes de gas en la galaxia es de órdenes de magnitud mayor que la cantidad dentro de las estrellas.

Para ello, la civilización sería necesario controlar todas las nubes de gas en el espacio, por lo que puede observar las nubes que se están acercando a la etapa de la creación de una proto-estrella. Si ellos pueden explotar suficientemente enérgico bomba cerca de donde se esperaba la estrella que habría de nacer, ellos serían capaces de aumentar la presión y evitar el colapso de una estrella por un periodo significativo de tiempo. No tengo ningún cálculo de la energía necesaria, pero debe ser muy significativamente menor que la energía que necesita para tomar una cantidad significativa de hidrógeno fuera de la gravitacional bien de una estrella que ya ha comenzado a arder de hidrógeno.

Tendrían que ser muy cuidadosos de que las explosiones se crean no son demasiado enérgica desde una bomba que es demasiado grande, podría desencadenar más estrellas de las formaciones de si la expansión de la nube de gas se ejecuta en otros estacionaria nubes. Todo este esquema requeriría una gran cantidad de control y simulaciones de todas las nubes de gas en la galaxia, pero no creo que es imposible desde un punto de física de vista.

Otra dificultad para el monitoreo de las estrellas y para predecir las explosiones de supernova, ya que también pueden desencadenar cerca de la nube de gas del colapso y generar nuevas estrellas. Tendrían a mover suavemente las nubes de gas de la forma o de algún modo para evitar que la explosión de la supernova.

La astronómico de la firma sería una galaxia sin la formación de estrellas y no las explosiones de supernovas durante un período prolongado de tiempo.

Answer 3

¿Cuál sería el más eficiente de la energía en forma (utilizando conocidos de la física) a golpe de distancia de una estrella o de otra manera prevenir o disminuir en gran medida la velocidad a la que se realiza la fusión?

Girar hasta que la fusión se detiene. Ello con el sol propia energía.

Para lograr esto, voy a tener que pedirle que imaginar algo así como una Esfera de Dyson, pero la principal función de la materia que rodea la estrella será el de los espejos. Voy a estar haciendo declaraciones sobre la fuerza de los saldos y de la física básica, de cómo esto podría ser hecho en la práctica está fuera del alcance de esta respuesta.

Yo propongo que los espejos iba a cierta distancia del sol, y la longitud focal de estos espejos sería igual a esta distancia. La idea es reflejar la luz del sol de nuevo en el sol de una manera que hace girar más rápido. Nos gustaría redirigir toda la luz casi tangencialmente a la orilla del sol, pero no podemos hacer esto porque de la entropía de los límites. Recuerde, nada se puede concentrar los rayos del sol para calentar algo más caliente que la superficie del sol. Esta es la razón por la que yo seleccione el parámetro de $R=f$.

Longitud Focal igual a la distancia, por la Wikipedia

Con este tipo de espejo que podría centrarse el sol directamente hacia el sol. Vamos a suponer que suficiente distancia desde el sol a tratarlo como un simple círculo. Para hacer que el sol gire más rápido, vamos a redirigir la imagen a la derecha del centro, por lo que la imagen tendrá un centro a una distancia de $d$ a la derecha del objeto. Con el fin de obtener la ubicación óptima para orientar la reflexión, vamos a

• Integrar la distancia desde el eje de rotación desde el límite inferior del círculo de la imagen para el límite superior del objeto círculo
• Integrar este valor entre las dos intersecciones de los círculos
• Encontrar el mayor valor de este momento integral sobre todos los valores válidos de $d$

De hecho, me hizo el cálculo. Obtuve $d=0.836 R$. En resumen, la propuesta es volver a centrar la luz sobre el sol, así que se ve como un diagrama de Venn.

Haciendo esto, nos basura una gran cantidad de la radiación. Tengo que calcular el radio medio de la interacción del ser $0.418 R$, pero si tenemos que diluir ese número por el número de fotones perdidos, vamos a obtener un multiplicador de $0.202 R$ a convertir los fotones de impulso a la par promedio ejercida. Creo que este es un principio fundamental, de la entropía límite, y si estoy equivocado, al menos conservador.

En este momento estamos todavía no ha terminado. Eso es porque este espejo no está equilibrada. Si siempre refleja la luz en este camino, no tendría una órbita estable ya que la fuerza de la gravedad sólo puede actuar en forma radial y hay una componente tangencial a la de los fotones de la fuerza en el espejo. Uno podría compensar esto, sencillamente, mediante la celebración de un espejo plano en un $45^{\circ}$ ángulo de la radiación del sol, dirigiéndolos en la otra dirección tangencial. A la par de que el equilibrio de espejo, sin embargo, dependerá de la distancia desde el sol. Debido a eso, no podemos numéricamente en lo correcto aquí. Si la distancia del satélite a partir de que el sol era grande en comparación con el sol de la radio, a continuación, la pérdida de este equilibrio espejo sería insignificante.

Por simplicidad, voy a asumir toda la radiación del sol es fotones (es sólo de alrededor del 98%). La potencia de salida del sol es:

$$P = 3.846 \times 10^{26} W$$

La fotónica impulso (que es totalmente isotrópica normalmente) se puede encontrar desde $E=pc$ que se aplica a la por encima de la potencia de salida. Esto le da el momentum total de fotones emitidos por unidad de tiempo, o en otras palabras, el vacío de fuerza fotónica.

$$F = P/c = 1.282 \times 10^{18} N$$

El momento de inercia del sol se puede encontrar de la forumula para el momento de inercia de un sólido bola.

$$m = 1.989 \times 10^{30} kg$$

$$I = \frac{2}{5} m R^2 = 3.848 \times 10^{47} m^2 kg$$

El uso de los métodos que he presentado aquí, puedo calcular el par de torsión. Esto es, asumiendo que todos los fotones del sol se utilizan de la forma más eficiente posible.

$$ \tau = F \bar{R} = (1.282 \times 10^{18} N) ( 0.202 R) = 1.801 \times 10^{26} N m $$

¿Qué tan rápido que se necesita para hacer girar con el fin de detener la fusión y, a continuación, cuánto para romperlo? Esta es una pregunta difícil de responder. Sin embargo, una cosa que podemos decir es que si usted tiene la energía suficiente para completamente disociate todo en el sol por la gravedad que tiene suficiente energía para hacer las tareas de la detención de la fusión y que se rompa aparte de manera menos espectacular. La energía plenamente repartir la masa del sol, en todo el espacio puede ser calculado. Esto es similar a una reciente pregunta, en definitiva, la completa disociación de la energía es la mitad de los posibles integrado a través de todo el volumen. Si he hecho este derecho, el pleno disociation de la energía es:

$$ E_{diss} = \frac{3 G M^2}{8 R} = 1.423 \times 10^{41} J$$

También es difícil estimar el tiempo necesario para el par disponible a disociar el sol. Pero vamos a hacer un caso límite donde el sol no se deforme debido a la mayor rotación. En ese caso podemos recurrir a una velocidad angular que es equivelant a la por encima de la energía de disociación, a continuación, pregunte cuánto tiempo tardaría el par disponible a acelerar a ese punto.

$$ E_{diss} = \frac{1}{2} I \omega^2$$

$$ \omega = 0.00086 \frac{rad}{s}$$

Este parece pequeño, pero tenga en cuenta que este sería el estado de gira una vez cada 2 horas. Ahora, ¿cuánto tiempo determinado par tomar para llegar a este estado?

$$ I \omega = \Delta t \tau $$

$$ \Delta t = 58.23 \text{ billion years} $$

Ahora, si alguien empezó a girar el sol con el sol del propio poder, eventualmente, la fusión iba a parar, pero la radiación no pare de inmediato. En fin a ver si la energía almacenada es suficiente para romper el sol aparte, vamos a considerar la energía térmica almacenada en el núcleo solitario. El núcleo de la temperatura es de unos 15.000.000 de kelvin. Esta región va a 0.25 solar de los radios. La energía cinética media de una núcleos de helio en el núcleo del sol luego vendría de $E_k = 3/2 k T$, llegando a

$$ E_k = 3.106 \times 10^{-16} J $$

El promedio de la masa molecular en el sol es de aproximadamente 1.67 http://web.njit.edu/~gary/321/Lecture7.html Puedo usar esto para encontrar el número de núcleos en el núcleo del sol. Puedo, a continuación, se combinan con el valor anterior de la energía por los núcleos para encontrar el total almacenada en energía cinética en el sol.

$$ E = E_k N = E_k m (0.25)^3 / (1.67 amu) = E_k (1.12 \times 10^{55} \text{particles} ) = 3.481 \times 10^{39} J $$

Este es el total de la energía térmica almacenada en el núcleo del sol. Aproximadamente. Divida este número por la potencia normal de salida a obtener un $s$ con valores de número de la energía del sol.

$$ E / P = 9.05 \times 10^{12} s = 6.9 \text{million years} $$

Llegamos a la conclusión de que la almacenan la energía del sol es insuficiente para romper completamente aparte por alrededor de 4 órdenes de magnitud. El método descrito todavía sería viable para detener la reacción de fusión.

Answer 4

Aquí hay otra solución, algo que se asemeja a la respuesta de AlanSE: rodean a la estrella con espejo de shell. El megastructure para este propósito, solar envolver fue considerado en este documento:

Beech, M. (2010). Una Oscura del Sol - un Solar de la Envoltura. Diario de la British Interplanetary Society, 63, 104-107. (en línea, pero paywalled)

Resumen:

La estructura de una masa solar de la estrella inducida artificialmente en un isotérmica estado es examinado. El proceso se imaginó a formar parte de una posible gran escala de energía solar, proyecto de ingeniería que nuestros lejanos descendientes podría intentar realizar con el fin de evitar el Sol del futuro fase de gigante roja. Se encontró que la estabilidad, la solar, la masa, calorimetría de configuraciones de tener radios de entre 2 y 10 radios solares con ningún interno de generación de energía a través de reacciones de fusión nuclear puede ser construida. Se sugiere que el futuro de la humanidad podría elegir que habitan en el exterior de la superficie de un solar abrigo y el toque de la energía térmica de la calorimetría de Sol como de larga duración fuente de alimentación.

Puede parecer contradictorio que refleja la radiación de nuevo en que el sol se enfríe lo suficiente para detener la reacción de fusión. Recuerde, sin embargo, que una estrella como una gravitando objeto ha negativa la capacidad de calor, su núcleo está caliente porque hay gradientes de temperatura en el exterior de las regiones, por lo que al regresar la energía que se pierde a través de la radiación y la inducción de condiciones isotermas de temperatura (constante dentro de su volumen) será mucho menor que la actual temperatura lo suficientemente baja para dejar de fusión.

El solar de la envoltura es algo similar a la esfera de Dyson, sin embargo, su propósito es reflejar toda la radiación de nuevo en la estrella, por lo que podría tener mucho más pequeño radio, acerca de la $10\, R _\odot$.

Como resultado de la consecución de isotérmica condición de que el Sol se expanda: su radio será $2 - 10 \, R _\odot$, su temperatura será de unos $10^6\,\text{K}$ (lo que refleja la radiación sería trivial hazaña de la ingeniería).

Esta y otras ideas, tales como mecanismos para la reducción de la masa del sol, son también el tema de el libro del mismo autor:

Beech, Martin. Rejuvenecer el sol y evitando otras catástrofes globales. Springer, 2008, búsqueda de libros de Google.

Answer 5

La única manera es capturar todas o la mayor parte de la energía radiada de una estrella es el uso de una esfera de Dyson.

Yo no llamaría a esto una opción realista desde un punto de vista de la ingeniería, pero es posible en principio.