Fermi versus Zoo

@Bynaus

Erst mal Danke für Deine Antworten. Sicherlich wäre auch ein 2-Meter-Klotz fatal, je nach Impaktgeschwindigkeit. Die Wahrscheinlichkeit seitlicher Treffer würde doch wieder steigen, wenn man durch dichtere Regionen fliegt!? Wer weiß denn, wie oft auch größere Brocken anzutreffen sind, gibt es doch keine Beobachtungen dazu, nicht wahr. Und, je schneller man fliegt, desto mehr Raum durcheilt man in der gleichen Zeit, in dem sich auch größere Objekte befinden (können), womit die Wahrscheinlichkeit von frontalen Kollisionen wieder steigt.
Wie Mac schon sagte, wäre eine Vorhut sinnvoll, oder eine gute Fernerkundung, also ein Radar nach vorne. Aber auch dies wird seine Grenzen haben zwischen Radius, Auflösung und verbliebene Reaktionszeit, im ungünstigsten Fall auch ohne einen kollisionsfreien Ausweg...

Ich möchte nur herausstellen wie gefährlich interstellare Reisen wären, auf dem Stand der Forschung von heute. Ich denke das Problem wird klein geredet, da man sowieso noch nicht so weit ist. Genauer betrachtet allerdings fast ein K.O.-Kriterium, finde ich.
Glücklich jene hypothetischen Zivilisationen, die eine Art fantastisches Kraftfeld als Schild für sich entdeckt haben, wie in SF bekannt, also eine Art Gravitationsmanipulation, die interstellare Raumfahrt gangbar macht...

Gruß,
Dgoe

Sicherlich wäre auch ein 2-Meter-Klotz fatal, je nach Impaktgeschwindigkeit.

Zum Vergrößern anklicken....

Sicherlich - aber auch diese sind extrem selten. Schau mal in einer dunklen Nacht nach oben und siehe zu, wie die Staubkörner am Schild des Raumschiffs Erde verglühen. Die meisten von ihnen sind Mikrometer bis Millimetergross. Ein 2-Meter-Klotz würde einen spektakulären Feuerball nach sich ziehen, wie du ihn wohl nur höchstens einmal im Leben siehst. Nun stell dir vor, das Raumschiff Erde wäre so viel kleiner wie du dir eben ein interstellares Schiff vorstellst. Eine solche Kollision wäre extrem selten - und das nach den Massstäben des Sonnensystems, das im Vergleich zu den interstellaren Tiefen richtiggehend zugemüllt mit Asteroidenschrott ist.

Die Wahrscheinlichkeit seitlicher Treffer würde doch wieder steigen, wenn man durch dichtere Regionen fliegt!?

Zum Vergrößern anklicken....

Die Wahrscheinlichkeit jeder Art von Treffer, auch seitlicher, würde natürlich in einer Region mit einer höheren Dichte solcher Brocken steigen. Aber die relative Wahrscheinlichkeit für einen seitlichen (vs. einen frontalen) Treffer steigt natürlich nicht, weil diese nur von der Geschwindigkeit des Raumschiffs vs. der Geschwindigkeit der Trümmer abhängt.

Wer weiß denn, wie oft auch größere Brocken anzutreffen sind, gibt es doch keine Beobachtungen dazu, nicht wahr.

Zum Vergrößern anklicken....

Es gibt zumindest Informationen darüber, wie häufig die kleinsten Staubkörnchen sind - interstellare Staubkörnchen treffen nämlich die Atmosphäre und produzieren entsprechende Feuerbälle, aus deren Geschwindigkeit, Helligkeit und Bewegungsrichtung man auf den interstellaren Ursprung schliessen kann. Interstellare Brocken von mehr als ein paar mm Grösse sind so selten, dass noch nie auch nur ein einziger beim Kontakt mit der Erdatmosphäre registriert wurde. Bei Millionen von Quadratkilometern von dem interstellaren Raum exponierter Erdatmosphäre, die durch Radar überwacht werden, und Jahrzehnten von Beobachtung von vielen verschiedenen Stationen weltweit kann man sehr wohl ausschliessen, dass solch grosse Brocken so häufig wären, dass man damit rechnen müsste, dass sie ein interstellares Raumschiff mit hoher Wahrscheinlichkeit treffen würden. Mit anderen Worten: wenn sie so häufig wären, dass sie ein Problem darstellten, wüssten wir es bereits.

Und, je schneller man fliegt, desto mehr Raum durcheilt man in der gleichen Zeit, in dem sich auch größere Objekte befinden (können), womit die Wahrscheinlichkeit von frontalen Kollisionen wieder steigt.

Zum Vergrößern anklicken....

Ja, natürlich, aber wenn du tausend Mal schneller fliegst und dabei die Chance von einer Kollision mit einem 2-Meter-Brocken von (sagen wir) eins zu einer Trilliarde auf eins zu einer Trillion erhöhst, macht das nicht wirklich einen spürbaren Unterschied.

Wie Mac schon sagte, wäre eine Vorhut sinnvoll, oder eine gute Fernerkundung, also ein Radar nach vorne.

Zum Vergrößern anklicken....

Eine Vorhut in Form eines vorausfliegenden Schildes, sicher. Fernerkundung, kommt halt drauf an, wie schnell das Schiff fliegt, und welche Möglichkeiten es zu seitlichen Ausweichmanövern hat. Aber eine solche Fernerkundung würde sich v.a. auf mm bis cm-grosse Brocken (und grösser, aber wie gesagt, solche sind sehr selten) konzentrieren. Dafür reicht Radar allerdings nicht aus (die Wellenlänge von Radiowellen ist zu lang um solche Objekte zu sehen).

Ich möchte nur herausstellen wie gefährlich interstellare Reisen wären, auf dem Stand der Forschung von heute.

Zum Vergrößern anklicken....

Nach dem Stand der Forschung von heute ist das Hauptproblem von interstellaren Reisen nicht die Gefahr von Kollisionen (siehe z.B. eine Zusammenfassung hier: http://www.centauri-dreams.org/?p=22515), und es ist sicher kein "K.O.-Kriterium" und wir auch nicht "klein geredet", wie du schreibst (worauf basiert diese Einschätzung von dir?). Wenn du andere (neuere?) Informationsquellen als ich hast, die aufzeigen, dass das Problem von Kollisionen grösser ist als bisher gedacht, wäre ich natürlich interessiert daran, diese zu sehen.

Bynaus schrieb:

(worauf basiert diese Einschätzung von dir?). Wenn du andere (neuere?) Informationsquellen als ich hast, die aufzeigen, dass das Problem von Kollisionen grösser ist als bisher gedacht, wäre ich natürlich interessiert daran, diese zu sehen.

Zum Vergrößern anklicken....

Ich nehme an, dass meine Informationen auch Dir bekannt sind. Die Oortsche Wolke ist ja extrem groß (bis 1,6 Lj) und reicht weit in den interstellaren Raum hinein (nächster Stern 4,2 Lj). Die Entsprechende anderer Sterne wahrscheinlich ebenso. Gleichzeitig hat man in jüngster Zeit (letzten 10 Jahre) noch zusätzliche große Objekte (Planetoiden, bzw. Zwergplaneten, allgemein Transneptune) weit hinter der Plutobahn ausfindig gemacht.

Vor kurzem habe ich einer Reportage entnommen, dass im Laufe der Erdgeschichte schon viel häufiger 'wandernde' Sterne die Oortsche Wolke beeinflußt haben könnten, als bisher angenommen, nicht ohne dabei eventuell auch einige Brocken Richtung Erde bugsiert zu haben (oder eben auch weiter raus und durchaus nicht ohne diese beschleunigt zu haben). Dies basierend auf neueren Erkenntnissen der dynamischen Schwarmbewegungen der Sterne beim Umrunden des galaktischen Zentrums, beispielsweise viel stärkere Auf- und Abbewegungen zur galaktischen Ebene, usw.

Dies zusammengenommen führt mich zu der Annahme, dass der interstellare Raum so leer nun auch nicht sein kann und auch schnelle Objekte beherbergt. Meine Einschätzung oben war rein persönlicher Natur, eine Veröffentlichung oder Forschungsergebnis dazu habe ich nicht gelesen.

Gruß,
Dgoe

Gleichzeitig hat man in jüngster Zeit (letzten 10 Jahre) noch zusätzliche große Objekte (Planetoiden, bzw. Zwergplaneten, allgemein Transneptune) weit hinter der Plutobahn ausfindig gemacht.

Zum Vergrößern anklicken....

Ja, aber das heisst nicht, dass diese Objekte häufiger sind als gedacht - man hat nur heute die Möglichkeit, sie zu finden.

Vor kurzem habe ich einer Reportage entnommen, dass im Laufe der Erdgeschichte schon viel häufiger 'wandernde' Sterne die Oortsche Wolke beeinflußt haben könnten, als bisher angenommen, nicht ohne dabei eventuell auch einige Brocken Richtung Erde bugsiert zu haben (oder eben auch weiter raus und durchaus nicht ohne diese beschleunigt zu haben). Dies basierend auf neueren Erkenntnissen der dynamischen Schwarmbewegungen der Sterne beim Umrunden des galaktischen Zentrums, beispielsweise viel stärkere Auf- und Abbewegungen zur galaktischen Ebene, usw.

Zum Vergrößern anklicken....

Das macht keinen Unterschied von vielen Grössenordnungen, wie er nötig wäre, damit grosse Objekte (>Meter) eine echte, realistische Gefahr für interstellare Raumschiffe darstellen würden.

Dies zusammengenommen führt mich zu der Annahme, dass der interstellare Raum so leer nun auch nicht sein kann und auch schnelle Objekte beherbergt. Meine Einschätzung oben war rein persönlicher Natur, eine Veröffentlichung oder Forschungsergebnis dazu habe ich nicht gelesen.

Zum Vergrößern anklicken....

Der interstellare Raum ist nicht leer, das behauptet auch niemand. Aber wie gesagt, auch die Erdatmosphäre ist dem interstellaren Raum ausgesetzt, und wir sehen ja, was da drauf fällt - das ist eine direkte Messung (bzw., nicht-Messung)! Desshalb liegen wir da sicher nicht etliche Grössenordnungen daneben. Kollisionen mit grossen Objekten (>Meter) sind keine ernstzunehmende Gefahr bei interstellaren Reisen - auch wenn man natürlich immer "grosses Pech" haben kann.

Wäre hier eigentlich ein Vergleich mit einem Kometen legitim ?
Kometen sind relativ zerbrechliche Gebilde und die Größe des Kerns könnte durchaus der Größe eines Generationenschiffs entsprechen.
Kometen sind teilweise unzerstört seit vielen Millionen Jahren durch relativ kollisionsgefährdetes Gebiet unterwegs.
Die Nutzungsdauer eines Generationenschiffs könnte man – vergleichend mit der Nutzungsdauer irdischer Siedlungen – mit höchstens 4000 Jahren ansetzen also tausende Male kürzer was bedeutet, dass auch die Wahrscheinlichkeit einen vernichtenden Treffer abzubekommen entsprechend geringer wäre.
MT

@Major Tom: Kometen sind ein (weiterer) Hinweis, dass da draussen nicht viel schnelles Schrapnell rumfliegt, bzw. dass das meiste davon klein genug ist, um Kometen überleben zu lassen. Bei einem grossen interstellaren Raumschiff ist es ja vor allem dessen relativ hohe Eigengeschwindigkeit, die Kollisionen potentiell gefährlich macht, nicht die Geschwindigkeit der Trümmerteile.

In dem Link oben steht, dass für das Deadalus-Raumschiff (60er Jahre, British Interplanetary Society) für einen 60-Jahre-Flug zu Bernard's Pfeilstern ein Beryllium-Schild von etwa 5 kg pro Quadratmeter Querschnittsfläche angedacht wurde, basierend auf den interstellaren Kornhäufigkeiten aus einer Studie von Landgraf et al., die wiederum auf den Messungen hyperbolischer Meteore in der Erdatmosphäre aufbaut.

Ja ich habe mich hier eher auf die diskutierte Gefahr eines Seitentreffers bezogen. Natürlich ist die Frontalfläche ungleich gefährdeter. Ich denke dass hier wohl aktive Maßnahmen notwendig wären.
Die modernsten Flugabwehrwaffen sind zur Zeit
Freie-Elektronen-Laser (FEL). Die Vorstellung eines experimentellen 100 KW Prototyps hat das Office of Naval Research für 2018 terminiert.
Auf Basis der zur Zeit aktuellen Technologie sind angeblich kompakte Geräte im Multi Megawatt Bereich möglich.
Ich denke man kann davon ausgehen, das bis zum Start eines Generationenschiffs noch einige Jahrhunderte vergehen und gerade die Militärtechnologie wohl nicht stagnieren wird.
Eine Armada solcher Stationen – einige AE tief gestaffelt vorausfliegend – könnte schon einiges aus dem Weg räumen.
MT

Für mich stellt sich die Frage, wie man solche Objekte in nützlicher Frist überhaupt erkennen will. Wie gesagt, Radiowellen sind zu langwellig für sub-cm grosse Teilchen. Man müsste sowas wie ein Millimeter/Mikrowellen-Radar haben. Man muss die Objekte anleuchten, das Licht muss zurück zum Raumschiff, dann müssen die Laser (oder was auch immer man benützen will) ausgerichtet werden (natürlich mit Nachführung -> bedeutet mehrfaches anleuchten für Wegextrapolation, entsprechend weitere Verzögerung) und das Licht des Lasers muss dan nauch noch wieder das Teilchen treffen. All das, während sich das Raumschiff mit hoher Geschwindigkeit auf das Teilchen zubewegt. Es stellt sich z.B. auch die Frage, ob in der nützlichen Frist das Teilchen überhaupt schnell genug aufgeheizt werden kann, damit es verdampft und ein Plasmawölkchen genügender Grösse bildet, dass dann effektiv mit weniger Durchschlagskraft als das ursprüngliche Teilchen auf den Frontschild platzt.

Ich habe fast das Gefühl, ein einige 10 Meter dicker Eisschild an der Front plus ein vorausfliegender Tropfenschild (wie bei der Avatar-Valkyrie) wären am Ende genauso effektiv und weniger störungsanfällig.

Na ja – da könntest Du schon Recht haben – oft sind die einfachen Dinge am zuverlässigsten. Vielleicht wäre es auch eine Kombination.
Wenn z. B die Vorhut 2 AE voraus einen größeren Brocken erfasst, blieben bei ca. 10 % LG gute 2 Stunden ihn zu bearbeiten. Angenommen es würde genug Energie transferiert, Gestein teilweise zu verdampfen, könnte der Rückstoß für eine leichte Bahn- und/oder Geschwindigkeitsänderungen des Asteroiden sorgen. Würde es gelingen, den Zeitpunkt der berechneten Kollision von 2 Stunden auf 2 Stunden und eine Zehntelsekunde zu ändern würde das Schiff um 3000 km verfehlt.
Beeindruckend – da kriegt man erst ein Gefühl wie schnell das Ding unterwegs wäre !
MT

Man könnte natürlich auch das Schiff aus dem Weg schieben. Oder noch besser: man hat irgendwo im Schiffsquerschnitt ein Loch, das sich über das ganze Schiff zieht (oder ein Spalt, der sich radial vom Zentrum aus nach aussen zieht). Dann hat man 2 Stunden Zeit, um das Schiff so zu rotieren, dass der Trümmerteil durch das Loch fliegt...

Genial !!!
Solltes Du patentieren lassen – Tantiemen fließen aber möglicherweise erst in einigen Jahrhunderten.

MT

Major Tom schrieb:

Genial !!!

Zum Vergrößern anklicken....

Dem schließe ich mich an. Coole Idee, echt kreativ!
Geht aber nur, wenn das Teil keinen Winkel zur Flugbahn hat, bzw. einen vernachlässigbaren, und natürlich nicht zu groß ist. Ein Analyse-, Berechnungs- und Justierungsfehler sollte auch tunlichst nicht vorkommen.

Außerdem stellt es einen erheblichen Eingriff in Bauart, Konzept und Design dar. Der Schwerpunkt würde dann auch nicht mehr auf der Mittelachse liegen, beim rotieren dann eirig.
Trotzdem, die Idee finde ich echt clever.

@Bynaus: Zu weiter oben: Ist die Erde und das innere Sonnensystem nicht relativ bereinigt durch die Staubsauger-Gasriesen, allen voran Jupiter? Und damit dann auch keine durchschnittliche Referenz!?

Gruß,
Dgoe

Hehe, danke, ihr zwei. Wobei, ich möchte nicht unbedingt für das Bynaus-Loch in die Geschichte eingehen... Und natürlich braucht man auch im Weltraum Energie, um ein Raumschiff rotieren (und wieder stoppen) zu lassen, man müsste noch sorgfältig prüfen, ob das am Ende nicht aufs gleiche rauskommt wie das ganze Schiff beschleunigen. Und ja, natürlich kommts auch auf den Winkel drauf an - aber in den allermeisten Fällen (eben - Aberration) wird der Trümmerteil praktisch direkt von vorn kommen. UND - man braucht natürlich Vorwarnzeit und eben wirklich einen vorausfliegenden Schild oder sowas.

@Bynaus: Zu weiter oben: Ist die Erde und das innere Sonnensystem nicht relativ bereinigt durch die Staubsauger-Gasriesen, allen voran Jupiter? Und damit dann auch keine durchschnittliche Referenz!?

Zum Vergrößern anklicken....

Im Gegenteil: im Sonnensystem hat sich das ganze ja konzentriert, und es wir ständig neuer Staub nachproduziert (Kollisionen) das heisst, hier ist die Gas- und Staubdichte höher als im Interstellaren Raum. Erst recht die Dichte an grösseren Trümmern...

Auf hyperbolische Meteore (also solche, die sich gegenüber der Sonne mit Fluchtgeschwindigkeit bewegen) haben die Gasriesen aber natürlich praktisch keinen Einfluss. Die Sonne fokusiert sie sogar noch etwas, so dass der beobachtete Flux an hyperbolischen Meteoren eher eine Obergrenze der tatsächlich vorhandenen Trümmer im interstellaren Raum darstellt.

ich bin da skeptisch.
Die Oortsche Wolke ist ja nun mal da und andere auch noch + Durchmischungen. Dichte hin oder her, wenn man da (interstellarer Raum) durch rast, ist es kaum erheblich, ob man innerhalb eines Tages oder eines Monats oder gar Jahres die konkrete vernichtende Dichte einmalig erleben kann. Das Zeug ist in jedem Fall vorhanden.
Ich weiß nicht, ich würde mir das drei mal überlegen, bevor ich da einsteige.

Zudem kommt, wie entstehen denn Flocken, Klumpen, Brocken, Klötze, Felsen, Asteroide, Kometen, Planetoiden, Planeten, Sterne? Klar, die ganz Großen (wie Sterne) ziehen am Meisten an, konkurrieren aber mit Nachbarn, wenn es um die Bereiche genau zwischen ihnen geht, also interstellarer Raum beispielsweise. Zwischen den benachbarten protoplanetaren Scheiben wird sich auch etliches anderes Zeug zusammengeballt zu beachtlichen Klumpen und mehr verdichtet haben können, ohne es bis zu solch einer Scheibe geschafft zu haben. Seitdem fließt es wie Meereströmungen hin und her und der Konzentrationsprozess hat nie geendet. Überall gäbe es also potentiell etwas vorzufinden theoretisch, hier mehr, dort weniger, aber immerhin, von klein bis groß...

Ich weiss nicht, ob du mein Argument verstehst: Alles, was einem Raumschiff im interstellaren Raum geschehen kann, kann auch der Erde geschehen. Es gibt nichts, was interstellare Objekte (Staub, Körner, Steine, Asteroiden, etc.) daran hindert, mit der Erde (oder einem anderen Planeten) zu kollideren. Man erkennt, ob ein Objekt aus dem interstellaren Raum kommt oder ob es zum Sonnensystem gehört, an seiner Geschwindigkeit beim Eintritt in die Erdatmosphäre. Sogenannt hyperbolische Meteore (die, wenn sie tatsächlich hyperbolisch sind, aus dem interstellaren Raum kommen müssen) werden tatsächlich beobachtet und gezählt. Es gibt Radarstationen, die solche Meteore (und natürlich auch solche aus dem Sonnensystem, die viel, viel häufiger sind) beobachten, auf Flächen, die wohl Millionen von Quadratkilometern umfassen, und das über Jahrzehnte. Das ist genug Querschnittsfläche, um locker einen Jahrtausende dauernden Flug eines Raumschiffs mit ein paar 100 m Querschnittsfläche zu "simulieren", zumindest was die Häufigkeit, Geschwindigkeits- und Grössenverteilung solcher Objekte angeht (nicht die Kollisionsgeschwindigkeit an sich, die ja von der grossen Eigenbewegung des interstellaren Raumschiffs selbst herstammt). Die Erkenntnisse sind folgendermassen:

1) Die erdrückende Mehrheit der Meteore kommt aus dem Sonnensystem (sogar unter den hyperbolischen Meteoren, da die Unsicherheiten in den Geschwindigkeitsbestimmungen oft gross sind). Das allein belegt problemlos, dass die Dichte von Staub, Trümmern etc. im Sonnensystem viel höher ist als ausserhalb. Siehe z.B. Hajdukova, 2008: http://adsabs.harvard.edu/abs/2008EM&P..102...67H oder auch Weryk & Brown, 2004: http://adsabs.harvard.edu/abs/2004EM&P...95..221W
2) Die hyperbolischen Meteore folgen einer klassichen Grössenverteilung: je grösser, desto seltener. Siehe z.B. Landgraf et al., 2000: http://adsabs.harvard.edu/abs/2000JGR...10510343L
3) In all den Jahrzehnten der Beobachtung hat man nie auch nur einen einzigen hyperbolischen Meteor beobachtet, der eine Chance gehabt hätte, einen Meteoriten zu produzieren. Das hat damit zu tun, dass diese Meteore schneller unterwegs sind und deshalb stärker erhitzt werden, aber auch damit, dass sie zu selten sind, dass bisher einer aufgetaucht wäre, der diese Hürde durch einen noch grösseren Durchmesser hätte überwinden können. Siehe z.B. Hajdukova et al., 2014: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/maps.12119/abstract (man erinnere sich: im gleichen Zeitraum sind abertausende Meteoriten mit Ursprung im Sonnensystem gefallen).
4) Die hyperbolischen Meteore sind nicht homogen verteilt: einige Sterne senden Staubströme aus, z.B. Beta Pictoris. Der Beta Pictoris Staubstrom macht fast die Hälfte aller hyperbolischen Meteore im Sonnensystem aus. Der grösste Teil des Rests kommt vom Apex, also der Richtung, in die das Sonnensystem fliegt (natürlich auch wieder ein Aberrationseffekt). Siehe z.B. Baggaley & Galligan, 2001: http://adsabs.harvard.edu/abs/2001ESASP.495..663B

EDIT: Noch ein weiterer, interessanter Link: http://arxiv.org/abs/1110.5882

Hallo Bynaus,

Wie groß muss ein Asteroid sein um einen 20 meter dicken Eisschild zu durchschlagen? (Angenommene Geschwindigkeit: 0,5c)
Wie viele dieser Asteroiden gäbe es in einem Bereich von 1,02649E+13 km³? (Zylinder mit 4,2 Lj Länge und 1 Km Durchmesser)


mfg

@Kibo: Das lässt sich sicher rechnen, aber nicht jetzt.

@Bynaus,
Vielen Dank für die vielen Detailinformationen und Links. Wieder etwas dazu gelernt.

@Kibo,
Gute Fragen. Ich hätte auch noch eine. Wenn man eine beliebige Richtung von der Erde aus wählt, wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit irgendwann auf Materie zu stoßen?


Gruß,
Dgoe

@Kibo,
Gute Fragen. Ich hätte auch noch eine. Wenn man eine beliebige Richtung von der Erde aus wählt, wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit irgendwann auf Materie zu stoßen?

Zum Vergrößern anklicken....

Irgendwann? Genau 1.
Falls du bis zu einem bestimmten Ziel meinst, dann musst du erst einmal wissen wie viel Angriffsfläche dein Schiff hat, und wie lang die Strecke ist. Damit rechnest Du dann das Volumen des Raumes aus, den das Schiff durchquert und kommst genau zu meiner Frage. (Ich gehe der Einfachheit halber davon aus, das ein Durchbrechen des Eisschildes als letaler Treffer gezählt wird, und wir einen kreisförmigen Eisschild mit einem Durchmesser von 1 Kilometer haben.)