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La physique garde Cloud City à flot

2020

Ce qui suit est extrait de La physique de Star Wars: La science derrière une galaxie loin, très loin, de Patrick Johnson.

"Lando a trompé quelqu'un." - Han Solo (Épisode V)

QUAND l' épisode V, immédiatement après la fuite de Hoth

O Bespin, Cloud City

PERSONNAGES Lando Calrissian, Han Solo, Luke Skywalker, Princesse Leia Organa, C-3PO, R2-D2, Chewbacca, Dark Vador, Lobot, Boba Fett

CONCEPTS PHYSIQUES Résistance à l'air, orbites

INTRODUCTION COURTE / CONTEXTE

Les villes du futur telles qu'elles sont décrites dans la science-fiction flottent souvent dans l'espace (pensez aux Jetsons). Cela tient peut-être au fait qu’à un moment donné, la vie sur Terre pourrait ne pas être viable. Dans un proche avenir, nous devons nous inquiéter des changements climatiques; à long terme, il y a toutes sortes de raisons pour lesquelles nous pourrions avoir besoin de déménager. Les autres planètes ont tendance à être moins hospitalières que la Terre, il est donc logique que l'imagination se dirige vers un environnement idéalisé et entièrement contrôlable, tel qu'une maison flottante. Est-ce possible?

BACKSTORY

Star Wars nous fournit un exemple parfait de ville flottante de science-fiction: Cloud City. Cloud City a une histoire atypique. Flottant au-dessus de la surface de la planète Bespin, la ville a été spécialement conçue pour récolter le gaz tibanna plutôt que d’accueillir une population déplacée. Le gaz Tibanna est utilisé dans toutes sortes de technologies de la galaxie Star Wars, y compris, mais sans s'y limiter, les foudroyeurs et les répulseurs. Étant une des rares sources de gaz, Cloud City tire le succès financier de ses activités minières. Est-il judicieux de récupérer du gaz sur une planète géante? Que se passe-t-il si vous récoltez la planète entière?

LA PHYSIQUE DE STAR WARS

Il serait très difficile et coûteux de suspendre une ville au-dessus d’une planète. Le moyen le plus simple d'y parvenir serait probablement que la ville existe sur une orbite très basse autour de la planète. Pour maintenir une telle orbite, la ville devrait se déplacer horizontalement suffisamment rapidement pour que la planète s’en éloigne tout aussi rapidement que la ville la contourne. Si la ville peut continuer à voyager à cette vitesse, elle maintiendra son orbite et ne s'effondrera jamais sur la planète. Lorsqu'un objet est en orbite, il tombe en fait tout le temps, il se déplace juste assez rapidement sur le côté pour ne pas rater la surface de la planète.

Pourquoi est-ce la solution la plus simple? Considérons les difficultés liées au vol stationnaire au-dessus de la surface en un seul endroit. Supposons pour nuage que Cloud City est un ellipsoïde (une sphère étendue) d'une vingtaine de kilomètres de largeur et de cinq kilomètres de haut en bas (cela peut nous donner une idée des différentes forces nécessaires au maintien de Cloud City ). Elevs élévation). Supposons également que la couche d’atmosphère dans laquelle Cloud City se trouve a à peu près la même densité d’air que près de la surface de la Terre. Enfin, supposons que la planète ait un diamètre de 73 322 milles (souvent cité comme le diamètre de Bespin).

Sur la base de ces hypothèses, la ville devrait tourner autour de la planète à une altitude d'environ 54 000 milles à l'heure. Les satellites en orbite autour de la Terre se déplacent généralement autour du tiers de cette vitesse, ce qui la rend rapide, mais pas rapide. La force de traînée exercée sur un objet de la taille de Cloud City lorsqu’elle traversait ce rapide air était d’environ 6, 74 x 1018 livres, soit environ un septième de la force entre la Terre et la Lune.

Comparons cela à la force nécessaire pour tenir Cloud City. Si nous supposons que la ville entière est en acier (pour obtenir une estimation très approximative de la force requise), la force nécessaire serait alors de 3, 82 1025 livres, soit environ dix mille fois la force entre la Terre et le Soleil.

Nous avons trop simplifié le problème, mais la force de traînée reste dix millions de fois inférieure à la force de portance. Cela indique clairement qu'il serait plus facile d'avoir une ville en orbite que d'avoir une ville stationnaire / en vol stationnaire. Bien sûr, une ville en orbite soulève ses propres problèmes, comme de devoir savoir où elle se trouve à chaque visite.

En ignorant les difficultés liées à la construction de la ville et à son orbite, la récupération du gaz ne deviendrait-elle pas un problème? Après tout, il y a de moins en moins de planète sur orbite au fil du temps. La reponse courte est oui; vous pourriez exploiter la planète entière.

Au fur et à mesure de l'extraction du gaz, la masse et le rayon de Bespin diminueraient progressivement pour maintenir approximativement la densité de la planète. Au cours de cette réduction de la taille de la planète, l’attraction gravitationnelle s’affaiblirait. Dans ce cas, la force pour soutenir la ville et celle pour la maintenir en orbite diminueraient. Finalement, la masse de la ville serait supérieure à la masse de la planète, et la planète graviterait autour de la ville qui à son tour commencerait à orbiter l'étoile la plus proche.

LA PHYSIQUE DE LA VRAIE VIE

L'idée de Cloud City semble probablement un peu tirée par les cheveux, et à juste titre. Au moment de la rédaction de ce livre, il n'y a pas de villes flottantes autour de la Terre, mais un habitat en orbite conçu pour quelques humains se trouve dans la Station spatiale internationale (ISS). Tout comme la station spatiale, si Cloud City était vraiment en orbite, tout dans la ville semblerait en apesanteur car tout devrait être en orbite de la même manière. Contrairement à Cloud City, l’ISS n’a pas de gravité artificielle, de sorte que toutes les personnes et tous les objets de l’ISS semblent en apesanteur. En effet, tout dans l'ISS se trouve sur la même orbite que la station elle-même. D'autres aspects de la configuration de Cloud City sont moins fantastiques.

L’idée de créer une mine flottante au-dessus d’un géant gazier pour en extraire le gaz a déjà été envisagée par la NASA. Dans un rapport publié par la NASA en avril 2015, Bryan Palaszewski décrit des méthodes et des véhicules pouvant être utilisés pour collecter du gaz sur les planètes extérieures du système solaire. Il détaille l'utilisation de véhicules aériens sans équipage qui captureraient de l'hélium dans les atmosphères de Neptune et d'Uranus avant de retourner sur un vaisseau mère en orbite autour des planètes pour livrer leur charge utile. L’aspect le plus intéressant de ce rapport est peut-être la suggestion de véhicules recueillant de l’hydrogène aux côtés de l’hélium dans le but de le brûler afin d’alimenter les roquettes jusqu’au véhicule de stockage. Les véhicules pourraient effectivement se ravitailler en carburant pendant leur travail.

Une exploration des planètes extérieures du système solaire a été réalisée pour déterminer s’il valait la peine de récolter leurs gaz. A ce jour, nous en savons peu sur l'atmosphère et la composition des planètes extérieures, mais nous avons effectué des mesures intéressantes avec la sonde Galileo lancée en 1989. Pendant que Galileo gravitait autour de Jupiter, il a fallu prendre plusieurs photos et mesures du surface et atmosphère de la planète.

La mesure la plus spectaculaire effectuée par le satellite Galileo a été l’impact de la comète Shoemaker – Levy 9 sur Jupiter en 1994. Les fragments de cette comète mesuraient environ 1, 24 kilomètre de diamètre et atteignaient Jupiter à une vitesse d’environ 134 000 milles à l’heure. Cette collision est l'événement le plus cataclysmique jamais mesuré dans le système solaire. La collision du fragment G avec la surface a libéré en un instant l'énergie d'environ six cents fois l'arsenal nucléaire de la Terre. Il a laissé un cratère à la surface de Jupiter sur environ 7 456 milles, encore visible à ce jour.

Extrait de La physique de Star Wars: La science derrière une galaxie de très loin, loin de Patrick Johnson. Copyright © 2017 Adams Media, une division de Simon et Schuster. Utilisé avec la permission de l'éditeur. Tous les droits sont réservés.

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