sobota, 9 listopada 2019

Skrzydła na Tytanie

Latanie bardzo mocno działa na naszą wyobraźnię. Co najmniej pięć tysięcy lat temu mieliśmy już mity o latających bóstwach i ludziach. Skrzydlate istoty marzyły się Aztekom, Grekom, Egipcjanom, Persom, Hindusom… Współcześnie popularne są sny o lataniu, niezliczeni superbohaterowie komiksowych uniwersów mogą mniej lub bardziej swobodnie latać ze skrzydłami lub bez.

Nam, zwykłym śmiertelnikom pozostaje jednak twarde stąpanie po Ziemi. Czasem możemy spróbować różnych namiastek lotu, od spadochronu, po lotnię a w ostatnich latach również wingsuity. Jest jednak takie miejsce w układzie słonecznym, gdzie być może, człowiek byłby w stanie polecieć jak Ikar, Huitzilopochtli czy Archangel z X-Men. To miejsce to Tytan, największy księżyc Saturna.

Latanie na Tytanie

Pomysł by latać tam dzięki własnym mięśniom nie jest nowy. Ale kiedy trafiłem na film Because Science Are Godzilla’s Flying Monsters Big Enough?, dostrzegłem szansę, żeby policzyć, czy to istotnie możliwe i jak wielkie skrzydła trzeba by skonstruować w tym celu. Przy okazji poszukałem, czy ktoś robił podobne szacunki. Trochę tak, trochę nie. Jedno z badań analizowało lot polegający wyłącznie na sile nośnej, czyli “na braci Wright”. Wykazało ono, że Usain Bolt, który potrafi pobiec 11 m/s dałby sobie radę ze zwykłym wingsuitem. Szaraki biegnące koło 6 m/s potrzebowały by ok 5 metrów kwadratowych powierzchni nośnej. Mnie interesuje jednak wizja człowieka machającego skrzydłami…

Wyobraźmy sobie astronautę na Tytanie. Nazwijmy go Wirtuwiusz. Wirtuwiusz na Ziemi waży 80kg. Zabrał ze sobą skrzydlaty kombinezon ważący kolejne 20kg (na Tytanie jest -180°C). Tytan działa na jego korzyść podwójnie. Po pierwsze ciążenie na jego powierzchni to zaledwie 13,8% ciążenia Ziemskiego. Więc ze stu kilogramów “robi się” od razu niecałe czternaście. Do tego dochodzi o połowę większe ciśnienie atmosferyczne. Dzielimy zatem ciężar przez 1,5 i otrzymujemy dziewięć kilogramów. Potem trafiamy na komiks xkcd, który potwierdza nasze obliczenia, a komentarze do niego są jeszcze bardziej optymistyczne. Do zależność między ciśnieniem a gęstością wkrada się jeszcze bardzo niska temperatura na Tytanie. W związku z tym być może wystarczyłoby, żeby Wirtuwiusz mógł machając skrzydłami unieść odpowiednik nie dziewięciu ale zaledwie trzech kilogramów!

Skrzydła na Tytanie

Jak do tego ma się absolutnie fantastyczny artykuł na podstawie którego Kyle Hill (którego w głowie nazywam Science Thorem) stworzył odcinek o latających potworach z Godzilli? Zachęcająco. “Flight and scaling of flyers in nature” - U.M. Lindhe Norberg to ciężka lektura, ale zachęcam do zerknięcia. Zobaczymy i dowiemy się tam jak skaluje się rozpiętość i powierzchnia skrzydeł wraz z masą różnych stworzonek, owadów, ptaków, nietoperzy itd. Dowiemy się, że kolibry odstają od reszty, że stosunek powierzchni do kwadratu rozpiętości skrzydeł u nietoperzy waha się od 5 do 11 i temu podobne. I wygląda na to, że Wirtuwiuszowi powinna wystarczyć powierzchnia od dwóch do trzech metrów kwadratowych. [alternatywny obrazek]

Wysiłek

Na koniec możemy jeszcze pomyśleć, czy Wirtuwiusz da sobie radę, czy lot nie będzie wiązał się z nadludzkim wysiłkiem. Z publikacji wynika, że ptak o wadze 10kg potrzebuje około 100 watów (dla porównania filmowa Gidorah potrzebuje 12 miliardów watów, to jest 12 gigawatów, czyli mniej więcej tyle, ile potrzeba, żeby wystrzelić prom kosmiczny na orbitę). 100 watów jak się okazuje można porównać nie tylko z klasyczną żarówką (choć mam nadzieję, że nie oświetlacie takimi swoich domów) ale i z… człowiekiem.

Dieta 2000 kalorii, to 8,4 * 10^6 Dżuli. Jeden dzień to 86400 sekund. Dzielimy jedno przez drugie i wychodzi nam 97 watów. Czyli generujemy około 100 watów. 100 watogodzin możemy wygenerować również pedałując intensywnie przez godzinę (przynajmniej tak twierdzą autorzy tego tekstu). Brzmi prościej niż machanie rękami, ale… pamiętajmy, że Wirtuwiusz musi unieść odpowiednik 9 albo nawet jedynie 3 kg. Do tego pewnie zadowoli się krótszym lotem.

Także mój werdykt jest taki, że latanie na Tytanie dzięki sile ludzkich mięśni na wzór mitycznych postaci powinno być zdecydowanie możliwe. Nie byłoby optymalne, bo lepszy byłby pewnie jakiś skrzydlaty rower przekładający pedałowanie na machanie, ale to już detale. Wygląda na to, że byłoby to mniejszym problemem niż kombinezon, który pozwoliłby przetrwać ekstremalne warunki.

NASA planuje wysłanie latającego drona na Tytana. Jeśli uda się go wystrzelić w 2026 to już w 2034 dowiedzielibyśmy się bardzo dużo o tym fascynującym świecie.

85 lat temu narodził się Carl Sagan. Poświęcił swoje życie popularyzacji nauki. Nie tylko edukował. Wzbudzał zachwyt, zachęcał do marzenia i sceptycznego myślenia. Wanderers to krótkometrażowy film z narracją Carla pochodząca z niezrównanej, genialnej, wspaniałej, zachwycającej "Błękitnej Kropki". W drugiej połowie szorta możecie podziwiać między innymi właśnie wizję ludzi latających na Tytanie.


Źródła:
Flight and scaling of flyers in nature
Are Godzilla’s Flying Monsters Big Enough?
Latanie na Tytanie w/g xkcd (warto zerknąć w komentarze na dole)
Generating electricity with a bicycle
Power Of A Human
Krótka publikacja o lataniu bez machania skrzydłami
NASA is sending a drone to fly around Titan


Podoba Ci się to co robię? Wpłyń na rozwój strony i zostań patronem Węglowego.


4 komentarze:

  1. Korekta obywatelska: "generujemy około 100 watów dziennie" - bez "dziennie", nie trzeba dzielić mocy przez czas

    OdpowiedzUsuń
  2. "100 watów możemy wygenerować również pedałując intensywnie przez godzinę" - to też trzeba poprawić

    OdpowiedzUsuń