Гравитация и массивная газовая сфера в космосе

Некоторые исследования и некоторые ответы других предполагают, что массивная (размером с планету?) газовая сфера в космосе, без твердого ядра, но с пригодным для дыхания воздухом внутри некоторой ее части, может создавать достаточную собственную гравитацию, чтобы поддерживать ее стабильность. (надеюсь, достаточно долго, чтобы там зародилась жизнь).

Массивная газовая сфера будет создавать собственную гравитацию, удерживая газы даже без «колпачка». Внутри сферы вас будет притягивать к центру, но оказавшись в центре, вы почувствуете отсутствие гравитации, поскольку гравитация будет притягивать вас со всех сторон. Это если центр не будет иметь массивного давления. Или будет?

Кроме того, если бы сфера находилась близко к солнцу, газы оставались бы газообразными, были бы достаточно теплыми, чтобы поддерживать жизнь, и имели бы свет. Там тоже может быть вода.

Я отчаянно пытаюсь создать мир/среду с невесомостью, в которой есть местная животная жизнь, которую люди могут посещать и жить. Возможно ли что-либо из этого?

В космосе существуют массивные газовые сферы. Некоторые из них — звезды, другие — планеты, подобные Юпитеру. Ни один из них не подходит для жизни...
Не представляется возможным. То, что вы описываете, это газовый гигант. В центре нет чистой гравитационной силы, но вы все равно чувствуете вес всех слоев выше. Давление огромное.
Все зависит от размера «газовой сферы». Например, вблизи ядра Юпитера давление настолько велико, что водород существует в виде жидкого металла .
Должны ли газовые планеты быть гигантами? Или может быть планета меньшего размера, центр которой не так герметичен?
Будет ли иметь значение, если у сферы действительно будет крышка, скажем, как у воздушного шара, и она будет не настолько велика, чтобы быть газовым гигантом, но все же достаточно велика, чтобы поддерживать пригодную для жизни среду?
@len - я уверен, что кто-то, кто немного более склонен к математике, сможет подсчитать это ... но я не уверен на 100%. 2 порога, которых следует опасаться: вам нужно достаточно газа, чтобы создать достаточную гравитацию, чтобы удерживать шар сцепленным, но вам нужно достаточно мало газа, чтобы газ в центре не стал твердым из-за давления. У меня такое чувство, что это далеко ... достаточно газа для поддержания его структуры, слишком много, чтобы не иметь твердого ядра из сжатого газа (поэтому к вопросу, ядро ​​будет иметь огромное давление)
Если вы падаете в центр планеты, вы не остановитесь на достигнутом.
@Len, если тебе нравятся видеоигры, я предлагаю тебе взглянуть на Windforge. Но только посмотрите, не покупайте (разработчики остановили работу над ним на полпути). Вы можете найти его в Steam. У него есть экосистема газового гиганта с такими животными, как летающие киты и кракены.
Спасибо @Ренан. Основано ли это отдаленно на надежной науке? LOL
Массивная газообразная сфера в космосе? Я надеюсь, что хотя бы один из ваших персонажей называет его Годфартом.
@BrettFromLA, и ты не подашь на меня в суд, когда я это использую?
@Len Пока персонажа зовут Бретт!
@BrettFromLA, готово!
@Лен Да, это так. Вы создаете летающие дома, уравновешивая их вес с подъемной силой, создаваемой воздушными шарами и пропеллерами. Вы действительно видите массы и силы в пользовательском интерфейсе. Также, если вы бессердечны, вы можете убить летающего кита и наполнить его тушу воздушными шарами, чтобы сделать летающий корабль.
Дымовое кольцо Ларри Нивена — это не совсем то, что вы имели в виду, но очень похоже. en.wikipedia.org/wiki/The_Smoke_Ring_(роман)
Потенциальный естественный механизм создания «закрытой» газовой сферы мог бы заключаться в том, что процесс образования пемзы был бы преувеличен до такой степени, что пузырьки были бы достаточно большими, чтобы каждый из них был пригоден для жизни.
@Lex, звучит интересно, но возможно ли это? Из чего в таком случае будет сделана «шапка»? Я изначально думал об искусственном пузыре, но это звучит интереснее.

Ответы (4)

В том, что вы описываете, есть несколько проблем, но есть и решение

Чистая газообразная планета означает каплю в центре

Одна из проблем того, что вы описываете, заключается в том, что на планете есть только ОДИН центр. Если вы упадете в центр, то на вас упадет следующее животное в этом мире.

Потом следующий...

И так далее....

Всё равно было бы плотное ядро

По той же причине пыль и астероид скопились бы в центре, создав плотное ядро ​​(возможно, жидкое)

Но у вас все еще может быть сверхнизкая гравитация

Для сферы гравитация равна Cm/r²; где
- C - постоянная, равная G/(2*π) ≈ 10-11 м3⋅кг-1⋅с-2
- r - радиус
- m - масса внутри указанного радиуса

Итак, если у вас есть твердое ядро ​​размером с Цереру , окруженное произвольным количеством газа, гравитация на поверхности будет аналогична гравитации Цереры (0,03 г).

Церера имеет радиус 500 км. Было бы трудно иметь гораздо большее ядро ​​без значительной гравитации.

Я бы сказал, что при такой низкой гравитации земное давление воздуха позволило бы человеку «плавать» в воздухе. Если вы увеличите давление, гравитация станет вторичной (точно так же, как твердые, но крошечные частицы, которые заставляют дым подниматься, несмотря на гравитацию).

Но по мере того, как вы поднимаетесь выше, увеличивается и гравитация (поскольку масса воздуха под вами увеличивается). Вы не можете плавать или летать так высоко, как хотите.

.

примечание: боюсь, английский не мой родной язык. Не стесняйтесь редактировать, если у вас есть права

Отличный ответ! Я просто хочу немного придраться: скорость убегания Цере примерно равна средней скорости молекул воздуха при комнатной температуре. Вам нужно немного больше гравитации, чтобы удержать атмосферу. Но если вы хотите немного увеличить гравитацию, вы можете сбросить туда всю земную атмосферу... Она на два порядка менее массивна, чем сама Церера. И да, вы сможете летать, хлопая картонными крыльями. Хотя было бы очень неловко.
@Madlozoz и @Renan, спасибо вам обоим за это. Звучит отлично.
@Renan Если у вас есть более тяжелые газы, они могут быть горячее, прежде чем улетучатся.
@notstoreboughtdirt Я знаю, но представьте нашу собственную атмосферу с более тяжелыми газами. В самом безопасном случае наши голоса будут звучать по-другому, в худшем все умрут.
Вода наиболее уязвима, и водяной пар, имеющий скорость убегания в течение длительного времени, наверняка убивает все, что мы знаем, но, возможно, что-то экзотическое использует большую молекулу фтора, хлора или углеродную цепь. Однако перечитывание вопроса выглядит так, как будто это не совсем уместно.
Вы, вероятно, думаете о пузырчатом мире. Дэни Эдер подсчитал, что газовая сфера радиусом 240 000 км, покрытая защитным слоем, обеспечивающим достаточное гравитационное противодавление, чтобы уравновесить давление газа внутри, создаст слой живого пространства с земным давлением и температурой около поверхности с 1400 раз превышает площадь поверхности Земли и примерно в миллион раз превышает полезный жилой объем. См. yarchive.net/space/exotic/bubbleworld.html.
@Renan Но это будет скорость убегания с поверхности. Поскольку ядро ​​окружено большим количеством газа, гравитация на высоте выше. Скорость убегания соответствует правилам газообразной (гигантской или нет) планеты.
@madlozoz Скорость убегания поверхности Земли в 22 раза больше, чем у Цереры, и Земля по-прежнему теряет полторы тонны атмосферы в день. Дело не в том, что средняя скорость молекулы, близкая к скорости убегания, заставит атмосферу мгновенно уйти в космос — большинство молекул сталкиваются друг с другом на пути и меняют направление, — но некоторые молекулы в верхних слоях атмосферы достигают скоростей, больше, чем любая скорость убегания, которую вы имеете. С течением геологического времени такой «крошечный» газовый гигант очень быстро лишился бы атмосферы.
@ Ренан, сколько лет составляет «геологическое время», которое потребуется для того, чтобы у этого «крошечного» газового гиганта не было атмосферы? Миллионы лет? Сотни тысяч лет? Есть ли способ рассчитать?
@ Лен, я ошибся. Земля не теряет полторы тонны атмосферы в день, на самом деле она приближается к 90 тоннам в день . Кроме этого... Я также был неправ, говоря, что атмосфера на Церере не исчезнет в мгновение ока. Если бы атмосфера была волшебным образом перенесена туда, практически каждая частица мгновенно достигла бы космической скорости.
@Renan Нет. Атмосфера НЕ исчезнет с Цереры, ЕСЛИ атмосфера будет достаточно большой. Твердое ядро ​​не имеет волшебного свойства, заставляющего пренебрегать атмосферной массой. Церера + Атмосфера Земли + температура земли + тот же солнечный ветер, что и на Земле, означает, что атмосфера исчезнет в мгновение ока. Но есть много других параметров, при которых небольшая планета, в основном газированная, была бы стабильной.
@ Ренан, я добираюсь сюда, но что, если ядро ​​​​было крошечным кусочком нейтрония, чтобы создать достаточно гравитации? Не смейся!
@len, более плотная планета подойдет.
@Renan, более плотная планета также повысит гравитацию, не так ли? Я надеюсь на как можно более микро-g среду.
@Len Я думал, что ты хотел эту дополнительную гравитацию, когда упомянул о нейтронии.
@ Ренан, ну, достаточно хорошо, чтобы удерживать атмосферу, но не настолько хорошо, чтобы мои персонажи не могли «плавать» или «летать». Главное, что я пытаюсь создать, — это микро-g среда для истории, в которой астронавты находят пригодное для жизни место, в котором они плавают/летают. Все ответы, которые я нахожу до сих пор, имеют столько же проблем, сколько и они. решения.
@ Лен, ты можешь сделать это на Титане, где есть нечто большее, чем микрогравитация. io9.gizmodo.com/…

Зеро Пеллюсидар

Я размышлял над этим вопросом. Сфера ксенона, достаточно плотная, чтобы животные могли плавать, и достаточно большая, чтобы иметь гравитацию? Вам понадобился бы расчет для моделирования плотности газа на любой глубине, и в конечном итоге вы создали газового гиганта. Что касается полетов на газовом гиганте, последнее слово было за XKCD . Туманность? Слишком негусто. Какой-то космический вихрь! Я думаю, что вихрь будет держаться в космосе, но он будет быстро замедляться из-за потерь энергии на трение. Работает от солнечного ветра?

ОП хочет, чтобы атмосфера, похожая на землю, находилась в условиях невесомости. Как космическая станция. Космическая станция содержит свою атмосферу в полой оболочке. Это решение. Ваш мир находится внутри полой планеты, а внутри оболочки этой планеты нет гравитации.

Полая симметричная сфера не оказывает гравитации на объекты внутри, независимо от того, какую гравитацию может испытывать объект снаружи на поверхности. https://en.wikipedia.org/wiki/Shell_theorem

Эта концепция привлекла немного внимания в стеке WB здесь. Влияют ли толщина и диаметр полой земли на общую гравитацию внутри?

но я думаю, что объяснение Lurch того, как это работает, превосходно. Я выдержу это из Halfbakery.

http://www.halfbakery.com/idea/Moon_20VLO_20Устройство

Но объект внутри полой сферы, не испытывающей гравитации, — это не кажется правильным. Объект, находящийся точно в центре Пеллюцидара, не будет испытывать гравитации, поскольку притяжение со всех сторон будет уравновешено, точно так же, как объект, падающий через туннель, пронзающий землю, будет колебаться взад и вперед, пока не остановится в центре.

Не будет ли смещенный объект (здесь предлагается внутреннее орбитальное устройство) ощущать большее притяжение от ближней стены, чем от дальней (обратный квадрат и все такое)? — Бангстон, 29 февраля 2012 г.

Объект испытывает большее притяжение от данной массы на ближней стороне, но большая часть массы сферы находится на дальней стороне.

Подумайте о четырех равных массах, расположенных на расстоянии 90 градусов по окружности. Поставьте на линии между двумя из них предмет, который ближе к одному, чем к другому. Ближнее тело оказывает большее притяжение, чем дальнее. Тем не менее, два по бокам компенсируют боковое притяжение друг друга, но также добавляют результирующую силу вдали от ближнего объекта. Как только вы распространите это на сферу (и немного посчитаете), все результирующие силы уравновешиваются. - МечЭ, 29 февраля 2012 г.

Ваша догадка об обратном квадратичном расстоянии верна, но у нее есть еще один эффект, которым вы пренебрегли.

Итак, вас вот-вот поместят в оболочку полой планеты. Вы > будете не в центре, а далеко в стороне. Вам дают лазерную указку — не какую-нибудь жалкую штуковину из долларового магазина, а лазер мегаваттного класса с лучами, выходящими с обоих концов. Будьте осторожны с ним!

Теперь, беря свою лазерную указку Дарта Мола, вы направляете ее в любом направлении >по вашему желанию и перемещаете ее, чтобы нарисовать фигуру. Вы заметите, что если вы направите один конец в направлении, где раковина находится близко, то другой конец будет направлен куда-то далеко. Следовательно, когда вы рисуете свою фигуру, ближний конец рисует маленькую фигуру; дальний конец рисует большую фигуру, но они образуют одинаковые углы.

Если вы теперь подсчитаете гравитацию, действующую на вас двумя указанными областями, то ближняя (маленькая) оказывает на вас большую силу на единицу массы, чем дальняя (большая) — из-за закона обратных квадратов, как вы предполагали. Однако предостережение «на единицу массы», примененное к малости / величине двух противоположных фигур, точно отменяется.

Он работает для любой противоположной пары фигур, которую вы можете нарисовать, из любого положения> внутри оболочки, если оболочка однородна.
- крен, 29 февраля 2012 г.

Рассмотрим такую ​​планету с колонией на внешней поверхности. В полу одного здания есть дверь. Открыв его, мы видим, что там плавают люди; они находятся на внутренней стороне. Интересно, каково было бы, если бы я вышел через эту дверь из невесомости? — Бангстон, 16 марта 2012 г.

//входим в эту дверь с невесомой стороны.// ага... круто. >Я никогда не думал об этом в таком ключе - это было бы похоже на антигравитационное отталкивающее поле, пытающееся удержать вас от двери. (На самом деле гравитация направлена ​​куда угодно, кроме несуществующей массы в шахте до дверного проема, так что дисбаланс будет казаться отталкивающим полем.)

— Закрой дверь, чтобы я мог выйти! - крен, 16 марта 2012 г.

Это может быть ваш мир: полая планета, внутри которой есть атмосфера, но нет гравитации. Прикольная штука — как отмечалось выше, если вы откроете дверь наружу, Пеллюсидар попытается сохранить свою атмосферу внутри.

Мне нравится этот ответ, хотя это отдельная среда/творение. Спасибо!

Вам следует прочитать книги «Интегральные деревья» и «Дымовое кольцо» Ларри Нивена.

Очень краткое описание в Википедии есть здесь, а чуть более длинное — здесь .

История происходит вокруг вымышленной нейтронной звезды Звезды Левоя (сокращенно «Вой»). Газовый гигант «Мир Голдблатта» (сокращенно «Золото») вращается вокруг этой звезды сразу за пределами ее предела Роша, и поэтому его гравитации недостаточно, чтобы удерживать его атмосферу, которая вытягивается на независимую орбиту вокруг Воя и образует кольцо, известное как газовое. тор. Газовый тор огромен, его толщина составляет миллион километров, но большая его часть слишком тонкая, чтобы в ней можно было жить. Центральная часть Газового тора, где воздух плотнее, известна как Дымовое кольцо. Кольцо дыма поддерживает самые разные формы жизни.

Сейчас он устарел, но основан на точной науке того времени, и, насколько я знаю, базовая концепция все еще жизнеспособна, хотя и маловероятна.

У вас может быть газовое облако в космосе, но оно будет иметь некоторые ограничения.

Самый строгий из них заключается в том, что облако с пригодной для дыхания плотностью и совместимыми с Землей температурой и давлением нестабильно независимо от его размера и, следовательно, будет подвергаться гравитационному коллапсу до тех пор, пока давление не увеличится настолько, чтобы уравновесить гравитационное притяжение. Это могло бы затянуться, если бы облако на самом деле было вращающимся тором, его «внутренняя гравитация» распространяется по всей орбите, и это механизм Дымового Кольца Ларри Нивена (также там у него есть газовый гигант, пополняющий Кольцо с просочившейся атмосферой). в космос).

Огромные объемы совместимых с Землей условий могут существовать внутри межзвездного газового облака в течение ограниченного времени (несколько столетий) во время коллапса; тогда жителям нужно будет бежать к границам, и они начнут ощущать гравитационное притяжение центральной аккреционной массы.

Гравитация и массивная газовая сфера в космосе
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v