Pitanje:
Koje je najveće tijelo u prirodi koje se može izdubiti i u kojem se može sigurno živjeti?
James Jenkins
2013-07-26 20:05:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Neki prijedlozi za život u svemiru predviđaju pronalazak asteroida koji je čvrst komad nečega (tj. nikal željeza), izdubite ga, ošamarite zračnom bravom i imate dom. Dodajte pogon i imate svemirski brod. Naravno da je stvarnost malo složenija, ali ideja ima smisla.

Ako se ostave na stranu sile okretanja i potiska (previše varijabli za jednostavno pitanje), koje je najveće svemirsko tijelo u prirodi znamo ili možemo opravdano pretpostaviti da postoji ono što bi moglo biti izdubljeno, ispunjeno zrakom u ljudskom rasponu i u kojem se može živjeti?

Dovoljno je lako prikazati asteroid koji je u osnovi željezna jezgra planet, pa je razumno pretpostaviti da bi to mogla biti opcija. Također planetoid na veličini našeg mjeseca ili blizu njega mogao bi imati jezgru koja je bila dovoljno ohlađena da se provuče u središte i stvori šupljinu. Naš Mjesec koji se nalazi u orbiti oko Zemlje ima značajan plimni stres (koji vjerojatno održava jezgru toplim), pa ne bi bio kandidat. Iako bi identično tijelo u solarnoj orbiti ili međuzvjezdanoj putanji moglo biti kandidat.

Uredi za pojašnjavanje opsega Razmišljao sam, s planetoidom u značajnom gravitacijskom bunaru (poput mjesec ili zemlja), sva masa bi ostala na tijelu. S malim tijelom, "minirani" materijali vjerojatno bi se prodali ili izbacili. Neki materijali iz tijela ili vanjskog izvora koristili bi se za brtvljenje nosača &. Za ovo pitanje šuplje definiram kao da dopušta u osnovi ometani pogled na unutrašnjost, kao što bi bio slučaj s Dyson Sferom. Poprečni nosači bili bi praktični u malom tijelu od nekoliko stotina metara, (iako bi kršili definiciju šupljeg kao što se ovdje koristi). Za udubinu izmjerenu u stotinama kilometara, poprečne zagrade bile bi nepraktične iz istog razloga što je svemirsko dizalo nepraktično; ne postoje razumna sredstva za namotavanje s dovoljnom snagom, bez rezultiranja saćem ili tuneliranjem.

Ne vidim stvarno zašto postoji gornja granica na ovome. Zemlja bi se mogla izdubiti. Dyson Sphere u osnovi je ista stvar ...
@PearsonArtPhoto Razmišljao sam o tome (s obzirom na hladnu jezgru) da biste u osnovi imali težište nulte gravitacije, ali čini se da bi, ako biste jezgru ostavili prirodnom, imalo tendenciju kolapsa poput rudarskog okna bez krovnih nosača. Dyson Sphere pretpostavlja materijal prilagođen stresu. Također je vjerojatno da je tijelo koje je trebalo reći asterioda koja je bila prirodni skup manjih začina stvoreno s dovoljnom snagom da se drži zajedno s nekom unutarnjom vanjskom silom.
Definicija "šuplje" može se proširiti tako da uključuje nosače, pa čak i da unutarnja jezgra ostane netaknuta. Navedite preciznije što se podrazumijeva pod izrazom "šuplje" - vrlo je malo građevinskih inženjera koji bi odbili poziv za eksperiment s neograničenim financijskim sredstvima.
Jedna stvar koju moramo uzeti u obzir jest da kada izdubite neko nebesko tijelo, također uklonite veći dio njegove mase, što znači da će gravitacijske sile na vanjskoj ljusci biti puno manje. Zapravo ne odgovara na pitanje, ali mislio sam da bi to moglo nedostajati iz "velike slike" da bih ga zapravo zamislio. Također ne možemo pretpostaviti od kojih bi materijala bila izrađena vanjska ovojnica (potrebna debljina, vlačna čvrstoća, ...), tako da će svi izračuni u najboljem slučaju biti argumentirani. : |
Hmm. 16 Psyche http://en.wikipedia.org/wiki/16_Psyche je najmasovniji asteroid m-tipa. Možda bi se mogao izdubiti kroz nekakav postupak topljenja, ostavljajući samo tanku ljusku, a zatim se zavrtio da bi stvorio umjetnu gravitaciju. Pitam se koliki bi bio gradijent gravitacije glave do pete, pod pretpostavkom recimo, 0,9 - 1 G u stopalima. Također se pitam bi li bilo lako učiniti da je nepropusna za zrak, pogotovo pod pretpostavkom da je udubljena taljenjem.
@TildalWave Ovisi o tome kako ga izdubiti. 1) Izbušite osovinu u središte asteroida i izdubite jezgru. 2) napunite jezgru smrznutim hlapljivim tvarima. 3) napunite osovinu materijalom uklonjenim u njemu, stvarajući čvrstu brtvu između asteroida i zamjenskog materijala cijelom duljinom. 4) Simetrično zagrijte asteroid do točke topljenja, počevši od površine i nastavljajući sve dok zona taljenja ne dosegne hlapive tvari u jezgri zbog čega se širi poput balona. - Nakon što se ljuska ponovno učvrsti, dobit ćete šuplji mjehur slične mase kao izvornik.
@TildalWave Ne mogu tvrditi originalnost; Ukrao sam ideju iz serije Troy Rising Johna Ringa (a ukrao je je negdje drugdje ...). Vidjet ću kako ću to detaljnije zapisati kasnije večeras.
@DanNeely Mislio sam da je većina obližnjih asteroida prilično lišena hlapljivih sastojaka. Mogu vam pružiti referencu za ovo, ali jedan rad kojeg se sjećam tvrdio je da će tekuća voda i led u unutrašnjosti asteroida razmjera od 100 km trajati nekoliko desetina milijuna godina. Mi smo daleko iznad toga, pa pitam možete li pronaći zamrznute hlapive tvari da prokuhaju ... osim ako ne prođete Jupiter.
@AlanSE Da, hlapive tvari trebalo bi donijeti s drugog mjesta; ali ako imate energetski proračun za topljenje velikog asteroida, možete uhvatiti i kometu za moj.
Jedna od mogućnosti da ga izdubite: Odaberite tijelo s ogromnom količinom vode, dovoljno daleko od Sunca (poput Europe). Izbušite nekoliko kilometara leda i ispumpajte tekuću vodu iz sredine.
@SF. Bi li led imao dovoljno snage da ovo uspije? Da li biste očekivali da će centar biti voda ili kamen / krutina?
@JamesJenkins: Ne znam!
Želio bih okrenuti ovo pitanje glavom - minimalni volumen koji bi tijelo koje se prirodno pojavljuje moralo bi osigurati životni / radni prostor za posadu od recimo 5, iako je i dalje pogonsko, i pružajući zaštitu od zračenja ekvivalentnu Zemljinoj atmosferi
@Everyone trebali biste više detalja o zahtjevima životnog / radnog prostora. Kao i kriteriji za održavanje života te fizički i mentalni zahtjevi za određeno trajanje.
Srodno pitanje [Može li se led koristiti za stvaranje staništa ili svemirske stanice?] (Http://space.stackexchange.com/questions/8371)
Dva odgovori:
#1
+28
AlanSE
2013-07-26 21:19:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Bilo koje veliko tijelo gdje za početak možete preživjeti na površini može se koristiti za špilje, umjetne ili prirodne. Ovo opažanje nije izvan teme jer postavljate pitanje o zadržavanju atmosferskog tlaka. Mjesečeve špilje mogu držati 1 atmosferu pritiska oko 60 metara ispod površine bez naprezanja na okolnu stijenu. Ovdje koristim vrlo jednostavnu matematiku. Ako pretpostavite gustoću od 1 g / cm 3 , tada je potrebno 10 metara visine vode da biste dobili 1 atmosferu pritiska. Mjesec ima 1/6 gravitacije Zemlje. QED.

To je moguće na mnogim tijelima. Moguće je čak i na Ceresu, Vesti. Ali kako smanjujemo masu tijela, špilja mora postajati sve dublja kako bi održavala 1 atmosferu pritiska. Gravitacija u životnom području također se smanjuje (očito, jer je to manje tijelo). Dakle, postoji samo ograničeni skup za koji bi ovo imalo smisla. Uz to, mnoga tijela za početak imaju atmosferu, pa su špilje tamo ili dopunske ili beskorisne.

Jedno od najupečatljivijih mjesta za špilje je Merkur. To vrlo dobro argumentira Jim Shifflett. Ne mislim na to u smislu da bi kolonija Merkura bila poželjnija od Marsa ili Mjeseca (iako očito postoji neslaganje oko toga), ali mislim da su špilje jedini način da postaviti baze na Merkuru.

Središnje špilje

Vratimo se ideji Cerere. Njegov središnji pritisak je otprilike 200 zemaljskih atmosfera. Gravitacija se otprilike linearno povećava s radijusom, tako da bi vaše špilje bile otprilike 1/400 od polumjera patuljastog planeta ispod površine. Možda i plivate, ali to je zasebna tema. Što se događa kada je objekt toliko malen da bi špilja morala zaviti u središte?

Pa, za početak biste imali nultu gravitaciju. Prema teoremu o ljusci, gravitacija bi se savršeno poništila zbog stijene samog asteroida. Postoji određena veličina u kojoj se središte nalazi točno u 1 Zemljinoj atmosferi. To vas dovodi do asteroida promjera oko 20 km. Mnogi su objekti ove veličine dobro katalogizirani i o njima znamo pristojnu količinu. Primjer je Gaspra. Također nije okrugla. Sad, na tu temu ...

Postoji prostor za raspravu je li zahtjev za nikakvim strukturnim snagama razuman. Ovo je tema Planetarne diferencijacije. Mnogi su asteroidi kameni, iskovani u unutrašnjosti većeg tijela, a odvojili su se samo zbog sudara. To znači da su mogli nastati od rastaljenih materijala pod velikim pritiskom, čineći prilično povezano tijelo. To je zapravo prilično često. Općenito se smatra da je ograničenje diferencijacije znatno iznad točke promjera 20 km i vjerojatno bliže rasponu od 100 km. To znamo iz studija o mjesecima. Imamo relativno manje informacija o slobodnim asteroidima, jer su mjeseci u povijesti bili očitiji tip predmeta za proučavanje, a njihove su se veličine više pomicale prema većim veličinama.

Dakle, da rezimiram ovu rantu, dopustite mi da utvrdim ovo :

P: biste li mogli isprazniti središte asteroida veličine 20 km i napuniti ga plinom?

O: Iscurilo bi, ali ako biste spriječili da iscuri iz zakoni fizike kažu nam definitivno "da".

P: biste li mogli isprazniti središte 20 km dugog asteroida i izložiti ga vakuumu svemira?

O: Moglo bi srušiti se na sebe, ali ne znamo sa sigurnošću. Leži u blizini granice potrebne čvrstoće materijala. Ovisilo bi i o veličini šupljine koju ste izrezali.

Slijede i neki očiti argumenti razmjera. Na primjer, možete li izdubiti središte 1 km asteroida i izložiti ga svemiru bez kolapsa? Naravno. Imamo prilično dobre izglede za to, jer se to bori samo protiv njegove samo-gravitacije. Činjenica da su mnogo veći objekti nediferencirani znači da strukture neobičnog oblika u mjerilu od km mogu držati protiv svoje gravitacije. Ali "može" se razlikuje od "volje". To je ono za što su vam potrebni građevinski inženjeri.

Gravitacijski baloni

Dakle, postanimo smiješni. Što ako bih uzeo objekt veličine 20 km i počeo izdubljivati ​​središte, puneći ga zapečaćenim džepom zraka ... i samo nastavio? Koliko velik bih mogao prije nego što se uruši u veliku zbrku? Pa, nema ograničenja, samo po sebi.

Imate problem prirodne diferencijacije - koji djeluje protiv vas. Želi preokrenuti vaš mjehurić zraka, stavljajući nisku gustoću (zrak) izvana, a visoku gustoću (stijenu) u sredinu. Ali to za početak nije diferencirano, pa se to neće dogoditi vrlo lako. Recimo da ste izdubili gotovo mjehurić zraka promjera 20 km u sredini. Sad ste premjestili gotovo svu stijenu, razbivši je na male komadiće. Pa, studije asteroida utvrdile su kutove padanja reda od 7% do 14% uspona, što je isto za hrpe pijeska na Zemlji (ne iznenađuje). Mogli biste izbjeći strme kutove dok biste preuređivali stijene, iako je ideja dinamičkog otkaza još uvijek zastrašujuća. Dakle, moguće je da materijal od koralja držite u vrlo velikoj količini zraka - sve bez materijalne čvrstoće.

Postoji detalj da se prirodno poduprti tlak mijenja s veličinom zračnog mjehura. Ali ovo slijedi vrlo predvidljivu matematiku, koju je trivijalno razraditi. Jedina stvarna granica je kada količina zraka postane toliko nevjerojatno velika da gravitacija samog zraka ograničava raspoloživi domet. Netko je napisao znanstvenu knjigu o upravo toj stvari.

http://www.kschroeder.com/my-books/sun-of-suns

Sada postoje dvije glavne mane u viziji koju je ovaj autor naslikao.

  1. Smatrao je da omotnica mora biti izrađena od ugljikovih nanocijevi. To je smiješno. Mogli biste to napraviti od lista stijene debljine 10 km. Imate problema sa stabilnošću, ali što vas briga ako ionako možete napraviti ugljikove nanocijevi ...
  2. Staništa umjetne gravitacije rotiraju se u slobodnom prostoru. To stvara nemoguće sile vuče. Pisao sam o razumnom načinu na blogu.

Ovo je sve vrlo izmišljeno razmišljanje. U cijelom unutarnjem Sunčevom sustavu postoje samo 2 objekta koja bi za početak mogla zadržati zrak koji udiše - Eros i Fobos. Pa čak i to bi bila tanka atmosfera bogata kisikom (poput Skylaba).

Možda je uopće stvaranje većeg izazova stvaranje prozračnog zraka. Asteroidi u blizini Zemlje su premali za ludu shemu koju sam opisao. Ali možda im nedostaje i dovoljno vodika i dušika. Dobivanje materijala za život za početak bi zahtijevalo infrastrukturu. Ako trebate mjesto za parkiranje tih plinova koje proizvodite, u kozmičkom smislu ne bi trebalo biti pretvrdo.

Vratit ću se na pitanje:

koje je najveće svemirsko tijelo u prirodi za koje znamo ili za koje možemo razumno pretpostaviti da postoji, koje bi moglo biti izdubljeno, ispunjeno zrakom u čovjekovom ugodnom dometu i u kojem se živi?

Problem je u tome što velika tijela imaju središnji tlak koji je previsok za ljude. Ako je vaša granica oko 3 zemaljske atmosfere (razumna biološka granica), najveće tijelo bilo bi nešto poput 132 Aethra, neugledno tijelo na unutarnjem rubu pojasa asteroida. Međutim, ako središnji mjehurić zraka napravite dovoljno velikim, taj bi tlak pao.

Sjajan odgovor, mislim da ste upravo time spremili pitanje! Čitajući je, pomislio sam na još jednu prepreku - koliko velika masa "zraka koji se diše" može postojati, prije nego što postane previše masivna, počne tvoriti jezgru i na kraju postane masivni fuzijski reaktor (zvijezda)?
@TildalWave znanstvena knjiga o Virgi istraživala je količinu zraka tamo gdje je razlika tlaka važna - vanjska područja imaju rijedak zrak poput planina. To * još uvijek nije dovoljno da se zrak zadrži (još uvijek treba zid). Nešto poput Uranove mase bilo bi bliže granici za stabilno vezanu masu zraka. Da biste dobili fuziju, potrebno vam je mnogo reda veličine više od toga. Čak i najveći balon razumne gravitacije bio bi 10 do 10 puta premali.
+1 lijep odgovor. Molimo pogledajte ovaj odgovor @AlanSE: http://meta.space.stackexchange.com/a/157/63.
Fantastičan odgovor, ne mogu zamisliti bolji, ali niti ovako dobar. Zadržat ću prihvaćanje nekoliko dana kako bih potaknuo druge da pokušaju pružiti bolji odgovor.
Kad odgovorite, stvarno odgovorite. Uvećao sam komentar o H i N na asteroidima, jer sam prošli tjedan pokušavao pitati o mjesečevoj podlozi, o tome postoje li šanse da sadrži obje kemikalije samo na temelju općeg znanja o sastavu Sunčevog sustava. Nisam mogao pronaći materijal o tome, ne smijem znati kako tražiti. Što bih trebao tražiti? (Ako vam mogu nametnuti na ovaj način.)
Asteroidi @briligg imaju nešto poput 0,1% dušika po svom [obilju elemenata] (http://periodictable.com/Elements/007/data.html). To znači da ćete, da biste dobili 1 m ^ 3 zraka, trebati obraditi oko 1 m ^ 3 stijene, a to mi se čini nerazumnim. Na Zemlji ga možemo samo kondenzirati iz zraka, a Marsova atmosfera ima dovoljno N2 da ga možemo ukapiti. Dakle, gradovi asteroida ili mjeseca mogli bi uvesti N2 s Marsa. Mjesečeva obilja slična su asteroidima, ali kemijski su oblici složenija tema koja bi i dalje mogla pogodovati lunarnoj ekstrakciji, a ja o tome ne znam dovoljno.
Možda je to samo opća nepoznanica, nastavit ću se osvrtati. To je korisna veza, međutim, nije mi palo na pamet da podaci o elementima mogu sadržavati takve informacije.
#2
+3
Jim2B
2015-03-05 21:24:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Najveća tijela koja bismo mogli sigurno eksploatirati izdubljivanjem kako bismo stvorili unutarnji životni prostor (poput prethodnika O'Neill-ovog bicikla), bila bi tijelo čija je gravitacija preslaba da bi razlikovala materijale i sferizirala tijelo. Sferno tijelo implicira da je materijalna čvrstoća asteroida preslaba da podrži masu materijala iznad sebe. Općenito, sva su diferencirana tijela sferna, ali oba su kriterija neophodna jer se diferencirana tijela mogu rastaviti (poput Veste) u manje diferencirane dijelove.

Stavljajući ovo na drugi način, Pluton i Ceres su sigurno preveliki. p>

Vesta i Pallas mogu biti prevelike.

Ako želite nametnuti dodatno ograničenje u želji da cijelo tijelo vrtite radi umjetne gravitacije, tijelo koje biste trebali tražiti mora biti prvenstveno metalno (keramika / stijene su slabe napetosti).

Što to znači, trebate tražiti jezgru poremećenih planetoida, tijela poput Veste, ali idealna bi bila manja. Ova tablica izmjerenih gustoća asteroida pokazuje da bi sljedeći asteroidi mogli biti posebno dobri kandidati:

'# Bilješke o pogrešci gustoće imena
4 Vesta 3.44 +/- 0,12 Vjerojatno prevelika 20 Massalia 3,26 +/- 0,60 srednji promjer 145 km
804 Hispanija 4,90 +/- 3,90 srednji promjer 145 km, Ogromne trake pogrešaka na gustoći

Vizualna usporedba najvećih asteroida Comparison of Largest Asteroids

Jim, sam postupak izdubljenja (uklanjanja jezgrenih materijala) dramatično mijenja raspodjelu mase i ovisno o tome gdje tu masu možeš izbaciti tijelo iz hidrostatske ravnoteže.
@TildalWave Istina, ali sjetite se da nesferoidno tijelo ionako nije u hidrostatskoj ravnoteži. Kao što je spomenuto u prvom odgovoru - netko tko to planira zapravo bi morao u projekt uložiti puno tehnike (uravnoteženje težine, tlaka zraka i rotacijske sile s materijalnim snagama), a ne samo ići na temelju par paragrafa " pravilo ". Ali mislim da je moja premisa zdrava - sferna tijela su prevelika, neka nesferična tijela su i dalje prevelika.
@TildalWave također jedan od SF velikana, ili je možda O'Neill sam predložio bušenje male cijevi kroz središte metalnog asteroida, punjenje vodenim ledom, zavarivanje krajeva, zavrtanje, zatim zagrijavanje stvari odbijenom sunčevom svjetlošću do 2000+ F. To bi trebalo kuhati vodu, pružajući pritisak napuhavanja, i omekšati željezo od nikla dovoljno da se omogući njegovo širenje. Na ovaj način nije bilo potrebno toliko iskopavanja.


Ova pitanja su automatski prevedena s engleskog jezika.Izvorni sadržaj dostupan je na stackexchange-u, što zahvaljujemo na cc by-sa 3.0 licenci pod kojom se distribuira.
Loading...