Fotoniraketti

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Fotoniraketti on hypoteettinen, lähinnä tähtien­välisillä avaruus­matkoilla käyteltäväksi ajateltu raketti, joka perustuisi fotonien aikaan­saamaan työntö­voimaan.[1] Tarvittavat suuri­energiset fotonit saataisiin aikaan tavallisen aineen ja antimaterian annihilaatiolla.

Periaate[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Periaatteessa fotoni­raketti toimii samaan tapaan kuin tavallinen taskulamppu, joka lähettää valoa, siis fotoneja vain tiettyyn suuntaan.[2] Vaikka fotoneilla ei ole lepomassaa, on niilläkin suhteellisuus­teorian mukaan tietyn suuruinen liikemäärä, suuruudeltaan niiden energia jaettuna valon­nopeudella.[3] Tämän vuoksi fotonien lähtiessä tasku­lampusta saa tämä liike­määrän säilymis­­lain mukaisesti impulssin vastakkaiseen suuntaan.

Taskulampuissa tämä ilmiö on kuitenkin fotonien pienen liikemäärän vuoksi niin heikko, ettei se ole havaittavissa.[2] Tarpeeksi suurienergisiä fotoneja onkin riittävän suuressa määrin saatavissa ainoastaan tavallisen aineen ja antimaterian annihilaatiossa, jossa molempien koko massa muuttuu käytännöllisesti katsoen kokonaan fotoneiksi.[2] Vaikeutena on luonnollisesti se, ettei antimateriaa esiinny maapallolla eikä aurinko­kunnassa luonnostaan[4], ja sen keino­tekoinen valmistus tarpeeksi suuressa määrin vaatisi suunnattoman paljon energiaa.[2] Myöskään sen varastointiin ei ole keksitty käyttökelposta keinoa, sillä se olisi säilytettävä eristyksissä tavallisesta aineesta, jottei annihilaatiota tapahdu.[5] Fotoni­rakettia on kuitenkin pidetty tähtien­välisillä lennoilla ainoana mahdollisena voiman­lähteenä.[2]

Oppikirjoissa käsitellyssä ihanne­tapauksessa oletetaan, että poltto­aine saataisiin kokonaan muuttumaan fotoneiksi ja että ne ne kaikki voitaisiin lähettää tarkalleen samaan suuntaan. Realisti­semmissa tarkastelussa on otettava huomioon, että fotoni­suihku ei käytännössä lähde kokonaan aivan samaan suuntaan ja ettei poltto­ainetta saada kokonaan muutetuksi fotoneiksi.

Nopeus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Jos ideaaliseen fotonirakettiin ei vaikuta mikään ulkonen voima, sen saama nopeus riippuu sen alkuperäisen ja lopullisen massan suhteesta:

missä on raketin alkuperäinen massa ja jäljelle jäänyt massa sen jälkeen, kun kaikki polttoaine on muuttunut fotoneiksi.

Tätä nopeutta vastaava Lorentzin kerron on:

Lausekkeen johto[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Käytetään seuraavia merkintöjä:

on raketin neliliikemäärä ennen lähtöä,
on raketin neliliikemäärä sen jälkeen kun polttoaine on palanut loppuun ja
on siitä lähteneiden fotonien neliliikemäärä.

Neliliikemäärän säilymislain mukaan on:

Kun yhtälön molemmat puolet korotetaan neliöön, saadaan:

Energian ja liikemäärän välisen yhteyden perusteella neliliikemäärän neliö on yhtä suuri kuin massan neliö ja , koska kaikki fotonit liikkuvat samaan suuntaan. Sen vuoksi ylläoleva yhtälö voidaan kirjoittaa muotoon:

Kun tästä ratkaistaan Lorentzin kerroin, saadaan:

Käännös suomeksi
Tämä artikkeli tai sen osa on käännetty tai siihen on haettu tietoja muunkielisen Wikipedian artikkelista.
Alkuperäinen artikkeli: en:Photon rocket

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Space Handbook: Astronautics and is applications, title 5: Propulsion Systems Viitattu 29.10.2012.
  2. a b c d e Yrjö Karilas: ”Avaruusmatkailu (kirj. Matti Kajantie)”, Pikku Jättiläinen, 19. painos, s. 733-734. WSOY, 1964.
  3. K. V. Laurikainen, Uuno Nurmi, Rolf Qvickström, Erkki Rosenberg, Matti Tiilikainen: Lukion fysiikka 2, s. 5. WSOY, 1974. ISBN 951-0-05657-X.
  4. K. V. Laurikainen, Uuno Nurmi, Rolf Qvickström, Erkki Rosenberg, Matti Tiilikainen: Lukion fysiikka 3, s. 123. WSOY, 1974. ISBN 951-0-06318-5.
  5. Antimateria Viitattu 2.8.2013.