SF / 과학 포럼
SF 작품의 가능성은 어떻게 펼쳐질 수 있을까요? 그리고 어떤 상상의 이야기가 가능할까요?
SF에 대한 가벼운 흥미거리에서부터 새로운 창작을 위한 아이디어에 이르기까지...
여기는 과학 소식이나 정보를 소개하고, SF 속의 아이디어나 이론에 대한 의견을 나누며, 상상의 꿈을 키워나가는 곳입니다.
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2008년에 가입했지만 댓글 한 번 없이 눈팅만 즐겁게 해온 중년총각입니다.
장르소설을 쓰다가 스릴러까지 손을 댄 글쟁이이기도 하고요. 잘 팔지는 못하지만 어찌어찌 먹고는 살지요. ^^;
어릴 때부터 SF를 워낙 좋아해서 하나 써보려고 구상 중인데, 워프 같은 거 없이 광속에 한참 못 미치는 성간여행을 설정했습니다.
여러 계산이 필요하네요. 그 과정 전부를 소설에 쓸 이유야 물론 없지만 중간중간 묘사에 배경 삼아 조금씩 써먹고 싶어서요.
그런데 제가 80년대 대입 학력고사 기준으로 수학 25문제 중 맨앞에 나오는 <집합과 명제> 파트 7문제만 겨우 풀던 넘이고,
이제 나이까지 좀 먹었다고 그나마 알던 것도 다 까먹어 산수 실력이 초딩 5학년 조카랑 막하막하인지라 도저히 답을 못 내고 있습니다.
인터넷 검색과 여기 게시판 검색도 딴에는 열심히 해봤지만 제가 알고 싶은 내용은 못 찾겠고요.
그래서 관련 지식이 있는 분들께 도움을 청합니다.
- 20광년 떨어진 항성계로 가는데 200년 걸립니다.
1. 이 때 평균속도가 초속 3만 킬로미터인 거 맞지요?
(검색하면서 속도와 속력의 정의 같은 걸 두서없이 들춰보다 보니 이젠 여기서부터 헷갈립니다. ㅠ.ㅠ)
- 출발한 뒤 100년 동안은 매년 전반 7개월 동안은 등가속하고, 후반 5개월은 승무원들이 깨어나 돌아다니기 위해 등속 이동을 합니다. 다음 100년 동안 감속할 때에도 같은 비율, 같은 사이클이고요.
(걍 퍼 자다가 도착 전에 일어나면 더 빨리 가잖느냐는 지적은 참아 주시길~~ 도착하기 전에 여러 나라 출신 승무원들 사이에 다양한 관계설정과 갈등구조를 만들려는 꼼수입니다. 명분은 예상치 못한 고장 혹은 외적 요인에 의한 사고에 대비하거나, 그런 게 없더라도 극한 환경에서 그것도 전인미답인 곳을 여행하는 거니까 정기적으로 배를 점검해야 한다는 등등이고요.)
2. 위에 등가속, 등속 이동이란 표현은 정의에 맞게 쓴 건가요?
이 조건에서
3.위에 적은 대로 101년 째부터 등감속(?)을 해야 하는 건가요, 아니면 가속만 하다가 도착 한 10년쯤 전부터 애들은 쭉 재우고 확 줄여도 괜찮은 건가요?
4. 몇 년차건 상관없이, 그 때까지 속도가 얼마건 등속 이동 기간에는 승무원들이 가속 혹은 감속 G 압박 없이 자유롭게 움직일 수 있는 거 맞나요? 물론 등속 이동 중에는 선내에 1G의 인공중력이 있다는 설정입니다.
5. 이게 가장 궁금한 건데요.
가령 2년차와 15년차 등가속 개시 10초 후의 초당 속도(속력?), 그리고 해당 년차 등속운동 때 초당 속도를 각각 알고 싶으면 어떤 산수를 해야 하나요? 그냥 공식과 약어의 뜻만 주셔도 무지 감사하지만, 제목대로 산수 바보니까 가능하다면 쉽게 이해할 수 있는 해설도 붙여 주셨으면 합니다. ^^;
6. 길이 약 3킬로미터에 무게 약 2.5억 톤이라고 할 때, 배 밖으로 나가 표면을 걸어다닌다면 우주선 질량에 따른 인력이 유의미한 수준으로 느껴질까요? 그렇다면 또 이걸 구하는 산수는 어떤 식이죠?
여쭤보고 싶은 게 더 있는 거 같은데, 이거 쓰는 중에 다시 여러 가지로 헷갈려서 기억이 안 나네요.
그냥 워프로 하자는 유혹이 스멀스멀........
답변 부탁드립니다.
소설 써서 놀고 먹는 노총각 글쟁이
1. 3만 m/s 맞습니다.
2. 맞게 쓴 용어입니다. (등감속 이라는 용어는 쓰지 않습니다. 그냥 감속 이라는 말은 일상용어로 씁니다만...)
3. 완전히 대칭으로 감속해도 되고, 10년전 부터 감속해도 됩니다.
설정대로라면 1시간전에만 감속해도 큰 무리는 없을 듯 합니다.
4. 선체의 속도에 상관없이, 가속이 없으면 (우주공간에서는) 무중력 상태입니다.
등속운동시에 선내에서 1G를 주려면 인공중력 등의 설정을 도입하셔야 할듯
5. dv/dt = a 에서 시작해서 적분식을 만들어 계산하면 됩니다.
6. 그정도 질량이라면 선체밖에서의 인력은 인간이 전혀 느낄 수 없을정도의 수준일겁니다.
뉴턴의 만유인력법칙(F = G ( Mm/r^2)) 으로 계산가능
ps. 정지상태에서 100년간 7개월씩 총 100번 등가속해서 최종속도가 3만km/s 에 도달하기위해 필요한 가속도는
대략 0.000016 m/s2 입니다.
이는 중력가속도의 대략 육십만분의 1 정도 밖에 안되는 힘이라서, 굳이 가다서다 해야하는 당위성이 없어보입니다.
어차피 인간이라면 가속중에도 가속중인지 조차 알 수 없을 정도의 작은 가속이라...
ps2. 고전역학으로만 계산했습니다만, 광속의 10% 정도라면 상대론적 효과는 무시해도 큰 차이는 없습니다.
광속에 도달할 때까지 가속하는 건 비현실적입니다. 설령 연료가 무한하다고 해도 상대성 이론에 따라 광속에 접근할수록 우주선의 질량은 늘어나게 되고, 때문에 가속하는데 드는 추진제(는 연료와 다르죠)는 더 늘어납니다. 작용-반작용식의 엔진을 사용한다고 할 때 우주선에 탑재할 수 있는 추진제의 양과 그걸 뒤로 뿜어낼 수 있는 속도, 그리고 추진제 대 우주선의 전체 질량비에는 현실적인 한계가 걸리며
따라서 광속에 도달할 때까지 계속 가속한다는 건 불가능해지죠. 뭐 그런 게 싫다면 중력제어라던가 기타 SF적인 추진장치를 도입하실 수도 있습니다.
솔직히 저도 잘 모르지만 우주선 쏘아올리는 걸 파들어가면 매우 골치아파지므로...SF적으로 그럭저럭 상식적이며 쉬운 시나리오를 생각하자면...흠, 일단 이야기를 전개하는데 필요한 시간을 계산하고, 거기 맞춰서 목적지까지의 거리(어디 적당한 곳으로...)와 필요한 속도(상대성 이론의 효과와 다소 현실적인 엔진의 추진력을 감안해서 광속의 수 퍼센트 정도라면 무난할 겁니다.)를 정합니다. 그리고 대충 원하는 속도가 날 때까지 1G 정도로 가속 당기고(이 상태에서 가속도에 의해 승무원들은 지구와 동일한 수준의 인공 중력을 느끼게 됩니다. 단 그 방향은 우주선의 추진구 쪽인 것에 유의.) 그 이후 등속운동(무중력 상태가 되겠죠?)하다가 목적지에 다가왔을 때 가속했을 때와 동일한 시간 동안 1G로 감속하는 정도(우주선 머리를 180도 돌려서 가속하면 감속이 되겠죠)의 시나리오가 될 것 같네요. 1G를 넘기면 승무원들이 힘들 테고, 너무 낮은 G를 잡으면 여행이 너무 오래 걸리게 되는데다 엔진의 추력이 필요 이상으로 매우 낮다는 뜻이므로 우주선이 태양계를 탈출 못한다던가 하는 불상사가 발생합니다.
한편으로 현실적으로라면 가속상태에 따라 승무원들을 죄다 동시에 재우고 동시에 깨우기보다는 가속상태에 상관없이 군대처럼 '당직' 내지는 '보초' 개념으로 돌아가면서 몇 명씩 자고 깨우고의 개념이 될 거라 보입니다. 물론 이야기 전개상 필요하다면 이런 건 말씀대로 이런저런 핑계로 넘겨버릴 수 있겠죠. 사실 이런 식이라면 승무원 중 상당수는 서로 자느라 얼굴 못 보게 될 테니 대부분의 SF에서 무시하고 넘어가는 요소이기도 합니다.
마지막으로, 언급하신 우주선도 SF적인 스케일이긴 하지만 우주선 표면에서 미소중력이라도 느끼려면 최소 소행성급을 넘기는 크기는 되어야 할 겁니다. 굳이 원하신다면 우주선이 밀도가 엄청나게 높은 미지의 물질로 되어 있다는 설정이라도 쓰실 수는 있겠죠. 그게 아니라면 우주복 신발 밑창에 찍찍이나 자석을 붙이던가 생명줄을 우주선 외벽에 걸고 다니는 수밖에는...물론 이 모든 게 다 귀찮으시다면 역시 하드 SF에서 소프트 SF로 넘겨버리고 편리한 워프스피드와 관성제어와 중력제어 등을 쓰실 수 있습니다. 하하.
1. 광속말하신거 맞죠? 3 x 10E8 m/s. 이 광속입니다.
3. 그러니까 가속 - 등속을 1년 사이클로 반복하신다는 건데. 사실 딱히 큰 매리트를 못느끼겠군요. 일단 광속이 되야 200년이 걸리는 여행이 될탠데, 중간에 광속이 되지도 않고 등속운동을 할 이유가 있을까요. 그냥 광속까지 가속한후, 승무원을 깨우고, 광속상태로 등속운동을 한후, 마지막 페이즈에 감속하는것이 나을것 같습니다. (그러니 어짜피 200년 이상이 걸리겠죠)
4. 예
5. V2 = V1 + A(t). 속도2 = 속도 1 + 가속도 * 시간. 2년차엔 0년차의 속도 + 가속도* 2년이 되겠죠. 그런데 이거 광속의 속도로 가까이 갈수록 상대성 이론이 지배할텐데요.
6. F = G*(m1*m2)/r^2. G 는 중력상수(Universal Gravitational Constant), m1과 m2는 질량, r는 중심으로부터의 거리. 1.8x10E-7 m/s^2 으로 나오는군요. 무의미한 정도의 숫자입니다. 그런데 지금 우주선이 광속의 속도로 날고 있는데 EVA를 하고 싶을까요... 그리고 광속의 속도로 날기 때문에 관측되는 질량에 변동이 있을껍니다.
상대성이론에 대해서 더 잘아시는 누군가가 보충을 해주시겠죠. 전 상대성이론 쪽에 잼병이라.