Немного юмора или эпического прожектёрства. Согласуются ли рассуждения ниже с известными нам законами физики?
Это действительно забавный вопрос, и он заставляет задуматься о масштабах Вселенной.
Итак, мы хотим взять энергию земной орбиты. Прежде чем сделать это, мы должны ответственно подумать, не приведёт ли это к падению Земли на Солнце. Мы собираемся забирать гравитационную потенциальную энергию, существующую между Солнцем и Землёй, и преобразовывать её в то, что мы хотим — свет, движение автомобилей и так далее. Но по мере того, как мы истощаем эту гравитационную энергию, расстояние Земли от Солнца будет уменьшаться. Интересно, насколько?
Мы знаем, что энергия гравитационного притяжения Земли и Солнца равна 5.3 ∗ 10^33 джоулей. Теперь нам нужно сопоставить это с той энергией, которую мы хотим получить для цивилизации. По оценкам Международного энергетического агентства, мы использовали около 5.67 ∗ 10^20 джоулей в 2013 году.
Теперь мы видим, что все наши фонари и маленькие обогреватели — это крошечные вспышки энергии в астрономическом масштабе. Орбита Земли накопила достаточно энергии, чтобы поддерживать наш вид с таким потреблением около ста тысяч миллиардов лет. Этот простой камень, скользящий в космосе, крошечное тело по стандартам Вселенной, имеет больше энергии, чем нашей цивилизации, скорее всего, когда-либо вообще понадобится. «Несчастный случай» силы тяжести.
В любом случае, похоже, мы можем взять эту энергию. Как? Хорошо, почему бы не создать гигантскую катушку, в несколько раз превышающую радиус Земли на нашем орбитальном пути, и поставить её позади так, чтобы мы проплыли через неё за 365 дней. Огромная катушка размером с планету, сквозь которую может пройти Земля.
Магнитное поле нашей планеты вызовет напряжение в этой катушке, как одном большом гигантском планетарном генераторе. Напряжение будет пропорционально скорости Земли 30 км в секунду. Это очень упрощённо. Честно говоря, я не могу себе представить такой механизм, который бы удалось заставить работать. Тем не менее, это не является полной нелепостью, и нам просто нужны умные инженеры.
Мы можем использовать напряжение, чтобы управлять током, и, возможно, заряжать большие батареи. Но достаточно ли сильно магнитное поле Земли, чтобы дать нам хороший эффект?
В среднем 40 миллитесла по поверхности планеты. По закону Гаусса мы получаем полный планетный магнитный поток 2 ∗10^13 вебер. Предположим, что наша катушка (индукционное устройство), плавающее в космосе, захватывает примерно половину этого потока, и по правилу Ленца мы получаем индуцированное напряжение около двадцати миллиардов вольт.
Мы говорим о 100-кратно большем напряжении, чем у молнии, проходящем через металлическую катушку протяжённостью 15 000 км в космосе. Это была бы мечта Теслы...
Я вижу несколько незначительных практических моментов, которые необходимо решить, помимо главного — когда приступаем?
По материалам публикации (англ.).
Из комментариев
Вы забываете одну вещь. Катушка будет лежать в мёртвой точке относительно Солнца. Таким образом, катушка должна будет приложить некую противодействующую силу, чтобы не упасть на Солнце. Она не сможет сохранить свое положение без радиальной скорости.
Ответ: это легко исправить, направив катушку вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду, но в направлении, противоположном орбите Земли. Тогда и катушка, и Земля останутся на постоянном орбитальном расстоянии в одну астрономическую единицу.
…С дополнительным бонусом в виде двухкратного ежегодного пролёта вместо одного. Правда, не совсем ясно, станет ли пролёт выигрышным от двукратной скорости.
***
Смешно... Я вижу несколько проблем. Поскольку орбита Земли эллиптическая, катушка не будет идеально симметричной. Это означает, что одна её сторона будет иметь большую массу, чем другая. Что помешает ей упасть на Солнце, когда Земля окажется внутри её?
Во-вторых, с таким количеством меди сама катушка будет иметь гравитационное притяжение. Как нам удержать Землю на правильной орбите?
