Каким будет градиент атмосферного давления в карьере, достигающем центра Луны?

Вдохновленный этим вопросом , какое давление стабилизировалось бы через десятки тысяч лет (в центре Луны, на поверхности и в любых других интересных точках), если бы вы создали структурно стабильную яму (построенную из унобтаниума), доходящую до центра Луны. , и наполнили его теми же газами, что и на земле на уровне моря?

Предполагая, что такая атмосфера будет активно стабилизироваться до ~ 20 ° C, где давление будет не менее 13 килопаскалей , а верхний конец ямы подвержен такому же выкипанию, как и любая предыдущая лунная атмосфера.

Воспринимаемая гравитация на дне ямы была бы почти нулевой, но (при наличии достаточного источника энергии, такого как солнечная или ядерная) мог ли Homo Sapiens процветать на /некоторой/ глубине ямы бесконечно долго? Или гравитация Луны слишком слаба, чтобы связать эту атмосферу?

В общем, ваш вопрос звучит так: «Предполагая, что я могу построить столб газа, простирающийся от поверхности до центра небесного тела, каково давление в центре?» что больше похоже на (интересный) вопрос для физики, а не для построения мира.
Возможно, вы захотите проверить это physics.stackexchange.com/q/110246 .
@ Л. Датч вроде? Я собирался заключить сделку с обитаемым диапазоном (долгосрочная временная сделка с открытым концом, плюс сделка типа «будет ли это обитаемой в любой физической точке»)
@RobertK.Bell без защиты от солнечного ветра диапазон давления довольно быстро будет около 0 на всем пути вниз. Также посмотрите на эту диаграмму — даже без солнечного ветра все, что вы можете получить на Луне в долгосрочной перспективе, — это ксенон. На графике Луна находится ниже уровня углекислого газа, кислорода, азота и воды, а это означает, что при температуре Луны частица просто улетит. "Собирался на обжитой полигон" - извините, но не попадете.
@ Молот действительно. Содержимое ямы будет подвергаться воздействию солнечного ветра в зависимости от широты входа. Но насколько широкая яма потребуется для того, чтобы солнечный ветер полностью опустошил яму в течение ожидаемого срока жизни цивилизации? (скажем, не менее 5к лет) . И будет ли это ~0 давление наверху сдерживающим фактором, препятствующим нарастанию карьера как минимум на 13 кПа на любой глубине?
@RobertK.Bell Посмотрите на этот набросок - Земля изгибает солнечный ветер, заставляя его поражать практически все регионы, с разной интенсивностью и под разными углами. слишком сложно для меня вычислить. Тем не менее, тепловой побег в любом случае не оставит вам ничего, кроме ксенона. Не могу сейчас найти цитаты, но я помню, что читал, что от земного давления до 0 на Луне пройдут сотни лет, а не тысячи.

Ответы (1)

Изменить: дополнительная информация по чату и обновлению вопроса:

С одной стороны, если у вас есть полный контроль над тем, сколько воздуха поступает в трубку, то у вас также есть полный контроль над давлением воздуха. С другой стороны, вы хотите закачать достаточно воздуха, чтобы его хватило на многие тысячелетия.

Как обсуждается ниже, из-за нескольких факторов атмосфера («атмоцилиндр?») всегда будет уходить в космос. Имея это в виду, ответ на ваш вопрос зависит от того, открыты ли вы для пополнения воздуха внутри трубки с течением времени или хотите заполнить ее только один раз в начале; Я коснусь обоих сценариев. В любом случае, насколько я понимаю ваш вопрос, цель состоит в том, чтобы убедиться, что есть какой-то участок трубы, где люди могут выжить в любое время. Я также предполагаю, что популяция имеет возможность регулировать глубину своего обитания.

(Ради обсуждения давайте предположим, что ваш типичный состав составляет примерно 78% азота и 21% кислорода (см. примечание 1 ниже), что Луна имеет однородный внутренний состав (см. примечание 2), что мы игнорируем коэффициенты сжатия воздуха. , и что вы можете поддерживать комфортную температуру на всех уровнях вашей трубки (иначе людям стало бы слишком жарко, чем глубже вы погрузились из-за давления, и в какой-то момент газы могли бы даже сжижаться). мы хотим, это простое приближение давления воздуха.)

Сценарий 1: Начните с достаточного количества газа, чтобы вам хватило на все время, никогда не добавляя больше:

В этом случае вы хотели бы сначала заполнить трубку достаточным количеством воздуха, чтобы у вас был удобный ломтик как можно ближе к верху. По мере того, как воздух постепенно уходит в космос, давление воздуха по всей трубе будет уменьшаться, поэтому вы перемещаете свое население дальше в трубу, чтобы компенсировать это.

Итак, какой должна быть начальная глубина? Здесь, на Земле, примерно 99,0% общей массы атмосферы находится ниже 30 км, 99,5% ниже 50 км и 99,9% ниже 100 км (или линия Кармана ; см. также эту страницу и этот график ). Наша Луна имеет 1/6 гравитации Земли, поэтому, грубо говоря, такое же среднее давление, которое вы чувствуете здесь, на Земле, на уровне моря, будет где-то между 300 и 600 км в глубине вашей дыры. Если у вас все в порядке с начальным давлением, которое немного ниже, вы можете увеличить верхнюю глубину до 285-250 км, прежде чем у обычных людей начнутся проблемы (например, смерть).

Если ваша труба имеет много- много километров в диаметре, воздух внутри определенно может храниться от нескольких столетий до тысячелетий или даже больше, в зависимости от объема.

Сценарий 2: Постоянно пополняйте запас газа:

Это более простая ситуация для управления. Вы сами решаете, насколько глубоко в яме должны обитать ваши люди, и просто заполняете столько воздуха, сколько необходимо, пока не достигнете целевого давления для заданной глубины. Вы постоянно закачиваете больше газа, чтобы заменить воздух, который истекает кровью в космос. Это также имеет то преимущество, что вы можете свободно изменять глубину, которую занимает ваше население, если у вас когда-либо будет причина.

Также стоит упомянуть, что чем больше атмосферы над вашей головой, тем большую защиту вы теоретически получаете от радиации.

Очевидно, что здесь мы делаем много предположений, а математика — это всего лишь приблизительная оценка. Но это должно по существу дать вам представление о том, что потребуется для вашей желаемой среды.

(Примечание 1: Помимо рамок этого вопроса, изменение газовой смеси может повлиять на диапазон давления, который человек может безопасно выдержать. См. здесь , здесь и здесь .)

(Примечание 2: на самом деле это не так, но на самом деле это не влияет на этот ответ. См. Здесь . Точно так же я игнорирую любые эффекты от вращения Луны.)

(Исходный ответ следует.)

Или гравитация Луны слишком слаба, чтобы связать эту атмосферу?

Правильный; Луна не может поддерживать атмосферу, имитирующую типичный состав атмосферы Земли. Во-первых, молекулярная скорость первичных газов превысит скорость убегания . (Несмотря на то, что экзосфера Луны естественным образом содержит следовые количества различных элементов и даже немного водяного пара, по сути это вакуум.)

Предполагая, что такая атмосфера будет активно стабилизироваться до ~ 20 ° C, где давление будет не менее 13 килопаскалей, а верхний конец ямы подвержен такому же выкипанию, как и любая предыдущая лунная атмосфера.

Как бы вы сделали это в любом случае, если дыра открыта для космоса? Что мешало бы воздуху вылететь из отверстия под собственным давлением?

Поскольку вы изначально используете анобтаниум, не будет ли разумнее сконструировать закрытую трубку под давлением, а не ту, что открыта для открытого космоса? Вы также сможете легче избежать других проблем, таких как опасность радиации.

В любом случае гравитация не может удержать атмосферу от выхода из дыры. Находясь в космосе, рассматриваемые газы просто слишком легки для Луны, чтобы удерживать их независимо от того, куда вы их поместите. На какое-то время у вас могут остаться следовые молекулы, но, по сути, все они ускользнут, потому что гравитации Луны просто недостаточно.

Спасибо, Дэн. То, что удерживает атмосферу от вылета из дыры под действием собственного давления, — это гравитация. Представьте себе, что в основании заполненной вакуумом ямы высвобождается 1 м³ воздуха на уровне моря; весь этот воздух поднимается на 1737 км против силы тяжести, чтобы выбраться на вершину? Как далеко это заходит? Я выбрал «анобтаниум» для стен ямы, потому что абсолютная глубина ямы отвлекает; Меня больше интересует, смогут ли люди выжить там, не полагаясь на механический шлюз для своего выживания.
@RobertK.Bell Да, воздух все равно выйдет. Притяжение Луны никогда не будет достаточно сильным, чтобы удерживать газы, как бы глубоко вы ни пошли. Это связано с тем, что, вообще говоря, гравитация будет уменьшаться по мере того, как вы погружаетесь глубже, в конечном итоге достигая нуля в центре (сначала она может немного увеличиваться в зависимости от того, каким окажется точный состав Луны, но ни в коем случае она никогда не изменится). почти достаточно, чтобы удерживать атмосферу). Веса атмосферы просто недостаточно, чтобы она, так сказать, не улетела.
так что даже последний атом газа обязательно пройдет сквозь дыру и улетучится? Я понимаю, что гравитация наиболее сильна на поверхности и уменьшается только по мере продвижения внутрь, но откуда берется энергия для того, чтобы последняя частица подпрыгнула на 1700 км вверх? Солнечный ветер был бы помехой, если бы что-нибудь, так как он должен был бы пройти через отверстие, чтобы добраться до него.
@RobertK.Bell Энергия исходит от тепла. Области поверхности Луны под прямыми солнечными лучами достигают температуры более 200 C (~ 400 F). Поскольку кинетическая энергия газа напрямую связана с его температурой, молекулы будут иметь высокую кинетическую энергию. Даже если вы сможете поместить на Луне атмосферу размером с земную и каким-то образом дневные температуры будут на несколько сотен градусов ниже, то в лучшем случае у вас будет пара столетий, прежде чем все это истечет, но это произойдет. (Как я указывал ранее, вокруг могут быть какие-то случайные блуждающие атомы, но не более того.)
Спасибо, Дэн, но газ в яме не на поверхности и не подвергается воздействию таких же температур.
@RobertK.Bell Даже если вы накроете дыру тенью, дело в том, что эти газы при любой температуре в конечном итоге улетучатся. Я просто пытался проиллюстрировать мысль о том, что если бы вся поверхность была покрыта огромной атмосферой, она все равно ускользнула бы. Извините, что я плохо выразился.
Вы спросили, откуда берется энергия. Ответ - тепло. Даже замерзшая жидкость будет медленно испаряться. 20 C вполне может быть 200 C. Это просто неотъемлемое свойство газа. Эти газы слишком легкие.
Кроме того, с точки зрения вашего беспокойства о солнечном ветре, это даже не будет основным фактором. К сожалению, даже без солнечного ветра эти газы никогда не стабилизируются таким образом. Я бы хотел, чтобы у меня были новости получше, но если вы не хотите поддерживать атмосферу более тяжелых элементов, это просто не сработает.
@RobertK.Bell Позвольте мне сказать так. Когда вы говорите: «То, что удерживает атмосферу от вылета из дыры под действием собственного давления, — это гравитация», это неверно, потому что гравитация не может помешать атмосфере вылететь из дыры в первую очередь. На какое-то время у вас могут остаться следовые молекулы, но, по сути, все они ускользнут, потому что гравитации Луны просто недостаточно.
@RobertK.Bell Я изменил свой ответ, сделав более четкий вывод, основанный на нашем обсуждении. Если это и несколько приведенных выше комментариев не помогут, пожалуйста, дайте мне знать, где мое объяснение не соответствует действительности, и я попытаюсь перефразировать или уточнить.
Каким будет градиент атмосферного давления в карьере, достигающем центра Луны?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v