Das interstellare Medium als Tankstelle – eine Beispielrechnung

In meinem Buch „Proxima Rising“ schildere ich, wie ein zunächst stecknadelgroßes Raumschiff von starken Lasern auf 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wird. Danach wächst es, indem es Material aus seiner Umgebung aufsammelt. Aber ist das nicht völlig unrealistisch, weil der Raum zwischen den Sternen einfach nur leer ist?

Sie ahnen die Antwort, denn ich bemühe mich ja um harte, wissenschaftlich mögliche Science Fiction: Nein. Das Vakuum ist nicht leer. Aus quantenphysikalischer Sicht ist es sogar alles andere als das, aber darauf beziehe ich mich nicht. Der normale interstellare Raum ist voller Materie. Dabei handelt es sich größtenteils um Wasserstoff, aber auch jedes andere Element, das in einem Stern erzeugt und in einer Supernova freigesetzt wurde, kommt in Spuren darin vor.

Wie groß sind diese Spuren? Die Sonne bewegt sich, so viel wissen wir, innerhalb der lokalen interstellaren Wolke, die sich wiederum in einem relativ leeren Gebiet der Milchstraße befindet. Im Vergleich mit der Umgebung gbt es in der lokalen Wolke relativ viel Materie (nämlich 0,3 Atome pro cm3). Der Mittelwert in der Milchstraße liegt jedoch höher, bei 0,5 Atomen pro cm3. In dem Volumen von drei Stück Würfelzucker findet man im All außerhalb des Sonnensystems also ungefähr ein Atom.

Das ist wenig. Aber rechnen wir mal auf den Kubikmeter um – da sind es schon 0,3 * 1000 * 1000 = 300.000 Atome pro m3.

Nun stellen wir uns vor, das Schiff zieht ein kreisförmiges Netz von 100 Metern Durchmesser hinter sich her (im Roman ist das Netz größer). Es hat also eine Fläche von ungefähr 7500 m2. Diese Fläche bewegt sich mit 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit durch das All, also mit 60.000 km/s (das sind 60.000.000 m/s). Das Netz grast also pro Sekunde 60.000.000 Meter * 7500 m2 = 450.000.000.000 m3 ab. Jeder einzelne dieser Kubikmeter enthält allein 300.000 Atome. Mit 100 Prozent Effizienz würde das Netz also pro Sekunde (!) ca. 1,3 * 1017 Atome einfangen. Das wäre viel mehr, als wir brauchen. Aber die Effizienz liegt in der Praxis sicher niedriger. Nehmen wir ein Prozent an, dann sind es „nur noch“ 1,3 * 1015 Atome.

Das meiste davon sind Wasserstoff-Kerne bzw. -Moleküle. Wenn nur jedes Zehntausendste Atom ein Kohlenstoff-Atom ist, nimmt das Netz pro Sekunde immer noch 1,3 * 1011 Atome dieses Elements auf, also mehr als 100 Milliarden. Pro Sekunde, und das Schiff ist viele Jahre unterwegs.

Zugegeben, ein solches Netz zu konstruieren, das die Fähigkeit hat, eine derartige Menge Atome einzufangen, zu sortieren und ihrer Verwendung zuzuführen, das ist das eigentliche Kunststück hier. Das übernehmen im Roman winzige Maschinen. Wozu sie fähig sein werden, können wir heute noch nicht sagen – es gibt sie ja noch nicht. An der Leere des Weltraums wird es jedenfalls nicht scheitern, zumal das Schiff die Fläche seines Netzes ständig ausbauen könnte.

PS: 1011 Atome pro Sekunde, das klingt beeindruckend. Ein Gramm Kohlenstoff besteht aus ca. 1022 Atomen. Die Aufgabe ist also noch ein bisschen anspruchsvoller, als in der vereinfachten Darstellung geschildert. Deutlich einfacher wäre es, wenn die Nanomaschinen auch Wasserstoffkerne zu Kohlenstoffkernen zusammensetzen könnten. Kernfusion beherrschen sie in meinen Büchern aber nicht.

PPS: ein ähnliches Konzept verfolgt der 1960 von dem Physiker Robert Bussard erfundene (hypothetische) Bussard Ramjet; er sammelt Wasserstoff aus dem All und benutzt es als Treibstoff für ein Fusionstriebwerk.

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