Большой солнечный лазер (астросооружение)

[Diivanych]

Интересно, если в атмосфере Солнца действительно есть такой слой, или хотя бы область, а источников возбуждения там до чёрта в самом широком диапазоне, то мы должны регистрировать на Земле вспышки когерентного излучения идущие со стороны Солнца. Пусть не часто, пусть слабые, но они должны быть. Если их нет, то пытаться самотужкы создать нужные условия в таких масштабах – дело мало реальное.

[alex_semenov]

если опустить к самой поверхности, то астероид порвет приливными силами

Гм...
Давайте посчитаем! Просто же!
Вот: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%B8%D0%BB%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%81%D0%B8%D0%BB%D1%8B



Но мы F разделим на мю и получим ускорение.

G=6,67E-11
Mc =1,99E+30 кг
Rc = 6,96E+08 м (мы берем самую поверхность Солнца)

r – расстояние от центра массы астероида к отрываемой массе. Представим себе его как гантель длинной 2 км. То есть r = 1000 м

Приливное ускорение в итоге 7,89E-04 м/с2 или 0,0000805 g
Самому аж странно...
Может я что-то не так посчитал?

[alex_semenov]

Интересно, если в атмосфере Солнца действительно есть такой слой, или хотя бы область, а источников возбуждения там до чёрта в самом широком диапазоне, то мы должны регистрировать на Земле вспышки когерентного излучения идущие со стороны Солнца. Пусть не часто, пусть слабые, но они должны быть. Если их нет, то пытаться самотужкы создать нужные условия в таких масштабах – дело мало реальное.

Почему вспышки?
Там СЕЙЧАС нет резонатора. Поэтому всякое излучение будет спонтанным. Слабым всенаправленным  и  неотличимым от обычного теплового.
Как мне кажется.

[Diivanych]

Я о том, что если есть область, находящаяся в подкритическом состоянии, то достаточно единичного фотона, чтобы возникла лавина. Направление каждой лавины случайно, но направление излучения в каждом таком событии будет согласованным. Это своего рода тест на наличие нужного слоя на Солнце.

[alex_semenov]

Мне почемуто кажеться, что астероид летящий в фотосфере сонца на близкой к второй космической будет наоборот подогревать все.

Фотосфера нам не нужна. Она непрозрачна (для видимого света) и рабочей средой быть не может. На рисунке в заглавии показано что луч ныряет в тело Солнца. Это "ошибка художника"
Насколько я пока разбираюсь в вопросе нас интересует корона.
Если температура фотосферы 6000 градусов (поэтому солнце жето-белое) то у короны температура резко выше. До миллиона. И до конца не понятно почему. Это в общем плазма. И относительно плотная. Если в нее что-то вбросить относительно холодное (пары воды, например) то произойдет резкое охлаждение (почти как в инверсионном следе самолета). И большая часть электронов осядет на "возбужденные" орбиты. Если в это время по такому возбужденному атому попадет фотон нужной длины, то атом излучит еще один такой фотон той же длины и той же фазы.
Где-то так.

А зачем сложности с низкой орбитой? Проще веть будет спустить к сонцу по элептической орбиту кометное тело, так чтобы перицентр входил в фотосферу. Конечно для постоянной работы нужен целый рой кометных тел, но благо они и так валяться с избытком.

Да, я думал об этом но эллиптическая орбита в любом случае будет иметь большей период вращения. И тогда придется действительно возиться с огромным числом тел. А зачаем? Если это тело из льда (закрытое отражателем) то мы легко превращаем его в ракету опускаясь к самой поверхности Солнца. За пару проходов с резким торможением мы выйдем на нужную орбиту.
Разумеется потеряв часть (и заметную) первоначальной массы. Зато нам понадобится энергия только на то что бы столкнуть комету к Солнцу. А там нам поможет энергия солнца.

Еще нюанс. Если наша комета окружена тепловой защитой и режим ее испарения управляем, то испаряться, создавая дугу необходимого слоя на своей орбите, она может только в определенном месте. Тогда запаса ее массы хватит намного дольше.

[Diletant]

Странное сочетание - плазма и лазер. Вроде Ландау показал, что эл. магнитная волна в плазме затухает. Там и черенковский эффект, и еще что-то.

[alex_semenov]

Я о том, что если есть область, находящаяся в подкритическом состоянии, то достаточно единичного фотона, чтобы возникла лавина. Направление каждой лавины случайно, но направление излучения в каждом таком событии будет согласованным. Это своего рода тест на наличие нужного слоя на Солнце.

Я, конечно не волшебник по теории лазеров... но сдается мне что описанное вами чудо возникнет только в том случае если коэффициент усиления будет заметно больше 1. То есть среда будет очень качественная и поглащать будет много меньше чем излучать. Более того, при том разряжении, нужна очень большая длина пробега луча. А там, я думаю, если эффект усиления (индуцированного излучения) и имеет место как спонтанный, то при коэффициенте мало отличимом от 1 прочти не проявляется.
Я думаю, что даже у  специально организованного звездного лазера, кпд  будет дрянь. 0.000 дым. И коэффициент усиления тоже не намного больше 1. Но так как эта штука ну очень большая (с обиту Луны) то в итоге мы можем все же получить желанные миллионы терраватт с этой "поганой южки". Если природа позволит, разумеется.

[alex_semenov]

Странное сочетание - плазма и лазер. Вроде Ландау показал, что эл. магнитная волна в плазме затухает. Там и черенковский эффект, и еще что-то.

Меня это тоже удивляет. Но вообще говоря плазма плазме рознь. В конце концов, в лазере, с которым я раболал ("Комета-2") плазма была хорошо видна. Как огни святого Эльма на электродах так фиолетово светилась. Красиво.  Лазер был газовый. И накачивался разрядом. То есть посредством перевода активной среды в плазму (хотя эффект там гораздо хитрее).

[Foma]

и все-таки создание вокруг Солнца постоянного "кольца" с инверсной заселенностью представляется сомнительным. Продукты разрушения будут быстро ионизовываться и сдуваться солнечным ветром и давлением света. В лучшем случае мы получим долгоживующую комету с длинным хвостом. Отсюда кстати легко оценить полезность идеи. Надо вычислить, а сколько вообще энергии содержит столб околосолнечной плазмы такого же размера и умножить это на кпд лазерной генерации, скажем 10^-3 или 10^-4, по вкусу. Если полученная величина не поразит наше воображение, про идею действительно можно забыть.

[Diivanych]

Да… долгоживущий бублик не получится

[alex_semenov]

и все-таки создание вокруг Солнца постоянного "кольца" с инверсной заселенностью представляется сомнительным. Продукты разрушения будут быстро ионизовываться и сдуваться солнечным ветром и давлением света.

Разумеется. Вопрос лишь в том КАК БЫСТРО?
Я уже отказался от сплошного хвоста. Достаточно создать духу в нужном месте орбиты. Так "кометы" хватит на дольше.
Если "комета" проходит по дуге генерируя активную зону раз в 3 часа то возможно этого хватит? Нужна количественная оценка.

В лучшем случае мы получим долгоживущую комету с длинным хвостом. Отсюда кстати легко оценить полезность идеи. Надо вычислить, а сколько вообще энергии содержит столб околосолнечной плазмы такого же размера и умножить это на кпд лазерной генерации, скажем 10^-3 или 10^-4, по вкусу. Если полученная величина не поразит наше воображение, про идею действительно можно забыть.

Да. Хорошая идея. Я именно и хотел что-то подобное сделать для первой прикидки.
Нет расчета - нет идеи.
Но энергия в столбе плазмы - это пока муторная задача. Давайте упростим ее. Решим в самом первом приближении.
Давайте считать так. Поверхность солнца- мощнейший источник энергии. Он и будет накачивать наш пока неясно как работающий лазер. Пускай наш лазер ухитриться взять не 10^-3 и даже не 10^-4 а 10^-5 часть той энергии, которая проходит через активную зону. 1/100 000 долю.  Очень небольшую. Тысячную процента.
Не думаю что взяв такую оценку мы ошиблись в большую сторону. Скорей наоборот.
Но тем лучше.

Следующий оценочный параметр нашего гипотетического суперуствройства. Предположим что зона генерации будет размером с Землю.



Это почти что точка в короне Солнца. Реально зона обязательно будет на порядки больше. Я полагаю, что хвост кометы по диаметру будет в разы больше диаметра Земли. А длина активной зоны (дуги) - и подавно будет больше в десятки раз. То есть объем зоны лазера будет много больше. Но все же. Остановимся на этой скромной оценке. Чтобы не ошибиться.
А теперь закройте ротики, что бы слюнки не закоротили клавиатуру.
Готовы?


Солнечная постоянна (количество энергии солнца на орбите Земли) = 1380 в/м2
Из радиуса Земли 6 300 000 м определяем мидель (пи эр квадрат) и умножаем на солнечную постоянную. Получаем мощность получаемую, Всей Землей от Солнца. 1,72072E+17 Вт или 172 072 ТВт. Для сравнения, наша современная цивилизация потребляет из всех источников порядка 17 ТВт энергии. То есть в 10 000 раз меньше.
Но это на орбите Земли
Будем считать Солнце - точечным источникам света, тогда поток через такую же поверхность на поверхности (у самой поверхности) Солнца мы посчитаем по закону обратных квадратов. Это не совсем верно. Но погрешность против реальности будет небольшой, и мы можем купить  простоту расчета за эту погрешность.

Радиус орбиты Земли 150 000 000 000 метров. А диаметр Солнца 700 000 000 м. То есть в 214 раз ближе, а значит поток в 46 000 раз мощнее. Умножаем на поток от солнца на всю поверхность Земли и получаем поток энергии солнца через нашу "активную зону" 7,90126E+21 Вт.
Если наш лазер отберет 1/100 000 от этой мощности в виде когерентного излучения лазера это будет 7,90E+16 Вт. Или 4 600 раз больше энергии, чем потребляет современная цивилизация.
Уловили?
Что бы понять суть, вот яркий пример.
Кто о чем, а я о парусах. Такой луч лазера создает давление света (2P/c) 5,27E+08 Н. Если у вас парусник массой в 100 000 т (да, да, тонн! Тяжелее чем у Форварда пилотируемый "Прометей")  то наш луч будет разгонять его с ускорением 5.27 м/с2 (более половины g!). Не важно пока, выдержит ли парус такой поток энергии или нет. Но факт, что за год такого разгона корабль приобретет 0,4 c (на самом деле меньше ибо я считал по Ньютону. Но моя ошибка порядка 15%).

То есть. Затея стоит внимания научных спекулянтов. Солнце гигантский термоядерный реактор вырабатывающий 3,9E+26 Ватт. Наш гипотетический лазер будет брать 20-и миллиардную этой мощности. Но это гигантская  мощность.  По-суди это 4 600 цивилизаций I-го типа по Кардашеву. В Солнечной системе вряд ли найдется еще один такой вот "компактный" и качественный источник энергии. Ни торможение ситников Юпитера  ни сжигание дейтерия в гигантских КВС никогда и не приблизятся по мощности, а тем более по СЕБЕСТОИМОСТИ к энергии нашего гипотетического лазера.

[alex_semenov]

Да… долгоживущий бублик не получится

А как долго формируется такой хвост?

НАДО СЧИТАТЬ!

Долго живущий и не нужен. Вы когда-нибудь работающий мощный  лазер видели или хотя бы слышали как он ревет? В "Комете-2"  стоял компрессор, который свистел как турбина реактивного двигателя. Давал он 15 000 оборотов в минуту и причина была проста. Очень разряженная газовая среда (кажется, порядка 10 мм ртутного столба) в четырех трубах из кватцевого стелка должна была очень быстро двигаться через активную зону. Так как КПД лазера невысок, порядка 4%, то почти вся энергия ионизации шла на в основном на нагрев рабочей среды. Поэтому эту энергию нужно было быстро отводить на радиаторы (и чистка охлаждающей системы было целым наказанием! Хуже была только юстировка зеркал.). Поэтому рабочая среда очень быстро уводилась из под рязрядов той самой ревущей турбиной.
Нечто подобное будет выполнять  солнечный ветер. Он будет выдувать отработанную, слишком сильно охладившуюся (и уже обедненую энергией) рабочую среду.
То есть сама комта пойдет НИЖЕ той зоны, где будет генерироваться луч.


Вопрос лишь в том, с какой скоростью будет выметаться холодный хвост (фронт)?
Скажем, так.
Пускай скорость диффузии холодных паров из хвоста кометы будет порядка 10 км/с
Тогда каждая частичка удаляясь от кометы улетит от нее на расстояние 60 000 км (10 радиусов Земли) за 6000 секунд или за полтора часа. Это время сравнимое с 3-х часовым оборотом самой кометы вокруг Солнца. То есть, есть все основания считать что слой, сформированный "кометной вспышкой" в нужной части орбиты все еще будет хранить рабочие параметры к тому моменту, когда комета опять пройдет под слоем и опять вбросит поток конденсирующей материи.

Тут нужен более детальный расчет, разумеется. Ничего гарантировать нельзя. Но совершенно ясно, что и оценки "на глаз" не сильно помогают. Ни сторонкам ни противникам идеи.

[EvilShurik]

Алекс Семёнов.
Это давно известно, что Солнце - наш ГЛАВНЫЙ двигатель и электростанция. Ещё дедушка Циолковский много на эту тему писал.
Вобщее мне непонятно, как могут люди с серьёзной инженерной подготовкой обсуждать угробищные идеи Дайсона, "околосолнечной скорлупы" как реальной твёрдой оболочки, этож детсадовский уровень, а сколь-нибудь реалистичные идеи вот таких вот "лазерных станций", проглядеть?!!
Ведь подобные лазеры - единственное сколь-нибудь реалистичное предложение использовать энергию Солнца!
Можно "подсвечивать" тот же Марс или спутники Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, Плутон и плутоиды. Громадное количество дешёвой энергии для астроинженерии! И не нужно жечь драгоценный дейтерий!
Применение таких лазеров может быть любым - от оружия до "мирного советского трактора".

[alex_semenov]

Алекс Семёнов.
Это давно известно, что Солнце - наш ГЛАВНЫЙ двигатель и электростанция. Ещё дедушка Циолковский много на эту тему писал.
Вобщее мне непонятно, как могут люди с серьёзной инженерной подготовкой обсуждать угробищные идеи Дайсона, "околосолнечной скорлупы" как реальной твёрдой оболочки, этож детсадовский уровень, а сколь-нибудь реалистичные идеи вот таких вот "лазерных станций", проглядеть?!!

Если речь идет о ближайшем (порядка миллиардов лет) будущем и тем более о цивилизации людей, то сфера Дасона - сон разума.



вид с Земли сейчас



вид с Земли через 5 миллиардов лет.

Теперь можно признаться. Классику "Мир кольцо" Нивера прочитал (прослушал) только вчера. Начал сшулать "инженеров". Но вряд ли дослушаю до конца. Уже НЕ ИНТЕРЕСНО. Почему? Потому что людская суета на поверхности в 400 миллионов раз большей, чем поверхность Земли нисколько не изменилась КАЧЕСТВЕННО. Напротив. Очень сильно измельчала.
Я уважаю Лари Нивена как типичного именно научного фантаста (твердости ему порой не хватает, но все же он именно научный фантаст). И "мир кольцо" ТИПИЧНЫЙ пример хорошей и АБСОЛЮТНО УСТАРЕВШЕЙ фантастики. Во всем. В том числе и в идеологии развития цивилизаций. В отношении к иным цивилизациям как к еще одним аборигенам (возможно даже более продвинутым чем мы, те же кукольники).
Там нет НИ КАПЛИ ПРАВДЫ (чем это произведение и интересно. Это совершенно альтернативная, сказочная фантастика из 2012-го года). "Мир кольцо" как раз и демонстрирует всю ублюдочность, глупость идеи бесконечного наращивания территорий без КАЧЕСТВЕННОГО перерождения организованной материи.
Поэтому для людей сфера Дайсона - полный бред.
Она просто показывает нашу ничтожность.

Но если мы будем говорить об отдаленном будущем, скажем, конец Эпохи Звезд или дальше, то тонкие (здесь обсуждавшиеся манометровой толщины) сферы Дайсона могут оказаться вполне реальным "последним шагом" организованной материи для того чтобы продлить свое существование в тухнущей вселенной…



вид с земли через 100 миллиардов лет

Ведь подобные лазеры - единственное сколь-нибудь реалистичное предложение использовать энергию Солнца!
Можно "подсвечивать" тот же Марс или спутники Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, Плутон и плутоиды. Громадное количество дешёвой энергии для астроинженерии! И не нужно жечь драгоценный дейтерий!
Применение таких лазеров может быть любым - от оружия до "мирного советского трактора".

Применение его многообразно. Например, если бы  направить только часть его энергии на Землю или скорей на Луну (с последующей трансляцией), то все злободневные  проблемы человечества решились бы раз и навсегда (если комета-генератор излучающего слоя может просуществовать много тысяч лет). Получив столько дешевой энергии мы бы резко повысили производительность труда и потребительские способности общества на много тысяч лет вперед. И люди могли бы оставаться еще много тысяч лет теми скотами, которыми они все еще являются. Конец света, назначенный на 21-й век отменялся бы.
Но к счастью, даже если физика такого лазера срастется, нам построить его, увы, не по зубам!
Мы вон даже до луны уже добраться не можем…
 

[EvilShurik]

Вопрос насколько скоты люди?
Всегда может быть намного хуже чем есть.
Неисключено, что современные нам аборигены Земли - "милые" дикари, по сравнению с тем, что грядёт.
На Луну нам уже давно "по зубам". Просто не хотим - иссяк запал соперничества двух систем. Разве что Китай взопнёт космическую гонку. Хотя, учитывая их патологическую хитрость, доходящую до идиотии, возможно, что и нет. Зачем им, в их планах завоевания мирового господства "тысячей маленьких шажков", мирно, ибо императоры Китая давно поняли, что войны - чаще всего разорение, и прибыль от них при полном учёте, не покрыват расходов, будировать конкурентов?


Для нужд Земли хвати и орбитальных солнечных станций.

[ВадимZero]

Допустим нам удалось создать зону для усиления излучения. Разве солнце автоматом не разрядит эту зону?

[alex_semenov]

Неисключено, что современные нам аборигены Земли - "милые" дикари, по сравнению с тем, что грядёт.

Всякий толстяк найдет еще более толстого себе в оправдание.
Всякий мерзавец всегда найдет еще более мерзкого.
Больше всего меня удивляет ЧВАНСТВО людей.
Почему нас вообще должна обижать подобная характеристика себя любимых?
"Возвышающий себя унижен будет, унижающийся - возвысится".
Но мы - скоты.
На 100%!
И именно потому, что нас обижает такое отношение к нам.

Но не лучше ли здесь все же вернуться к лазерам?..

[alex_semenov]

Допустим нам удалось создать зону для усиления излучения. Разве солнце автоматом не разрядит эту зону?

Вот тут и нужен более точная физика процесса.
От Солнца не идет индуцированного излучения нужной длины волны. Затравочный луч должен идти по касательной с орбитального спутника. В любом лазере часть излучения тоже спонтанно срывается куда попало. Но это очень небольшая доля именно потому что тут нет эффекта усиления. Потому что основной поток идет в направлении резонаторов.

Еще. Идеально что бы активная зона была не сферой (разумеется) а длинной узкой "трубой". Трубу мы получить от низкоорбитальной кометы не получим но дугой близкую к трубе - почему бы и нет? Учитывая размытость краев зоны - форма активной зоны может быть почти типично-лазерной!

[ВадимZero]

От Солнца не идет индуцированного излучения нужной длины волны.

Насколько я знаю, возбужденный атом может поглащать достаточно широкий спектр, и излучать другой фотон с такими же характеристиками. Сонце же излучает в очень широком спектре, а мощность его не сравнима с любым источником индуцированого излучения.

[vsevolodson]

Думается мне, слой с инверсным распределением возбуждённых атомов следует искать в хромосфере, а не в короне. И комета не понадобится.

Идея - шикарна, но развернутые комментарии будут позже, сейчас нет времени.