Может ли линия Кармана планеты гипотетически находиться под жидкой поверхностью?

Линия Кармана — одно из наиболее часто используемых определений «края пространства». По мере того, как самолет летит выше в атмосфере, воздух становится тоньше и, следовательно, подъемная сила уменьшается. Это можно компенсировать полетом на более высокой скорости. Линия Кармана — это высота, на которой вам понадобится скорость, равная орбитальной скорости. Вы больше не летите; ты на орбите.

Земля имеет газовую атмосферу и линию Кармана, которая составляет около 100 км.

Этот вопрос Space.SE исследует линию Кармана планеты без атмосферы (т.е. с твердой поверхностью). Общий консенсус ответов состоит в том, что сама твердая поверхность является «краем пространства». Луна является таким телом.

Итак, у нас есть...

  • край космоса с твердой поверхностью (луна).
  • край космоса с газовой атмосферой (Земля).

А как насчет планеты (или луны) с жидкой поверхностью, а именно, может ли существовать какой-либо надуманный теоретический сценарий, в котором линия Кармана проходит ниже уровня моря ?

Океаны не обязательно должны быть водой (например, аммиак, ртуть или углеводороды в порядке). Вы можете отрегулировать температуру, давление и гравитацию до любых возможных значений, которые поддерживают жидкие океаны. Предположительно, чтобы предотвратить выкипание океанов, над океаном должна быть твердая кора или какая-то атмосфера, непригодная для полета (на ваш выбор).

Интересно, что такая возможность означала бы, что ни одно существо или транспортное средство не может «выплыть» на поверхность их океана.

Очевидно, сама Земля доказывает, что линия Кармана может быть над жидким уровнем моря.

Не соглашайтесь сразу! Рекомендуется оставлять вопросы открытыми как минимум на 24 часа, чтобы посмотреть, появятся ли другие ответы.
Просто к вашему сведению: если вы хотите, чтобы научное уведомление сопровождалось тегом, отметьте его для внимания модов, и они добавят уведомление о публикации. Просто помечен соответствующим образом (дополнительную информацию об этом можно найти в вики-теге точных наук ).
Вода сублимируется в вакууме. Я перешел по этой ссылке на Reddit и нашел эту страницу в Википедии об ионных жидкостях. Они представляют собой соли в жидкой форме и не испаряются/сублимируются в вакууме, как это делает вода.
@JohnLocke: Водяной лед сублимирует в воздухе при нормальном давлении, а не только в вакууме. В вакууме жидкая вода закипит. . .
@AlexP Линия Кармана - это место, где среда настолько тонкая, что орбитальная механика удерживает вас больше, чем аэро/гидродинамика. Следовательно, линия Кармана по крайней мере равна высоте самой высокой точки, где материя находится в соответствующей плотности, а это означает, что если у планеты есть атмосфера, линия Кармана будет наверху атмосферы, а не, как спрашивал ОП, ни под водой, ни где-либо рядом с поверхностью, он закончится далеко над водой. Так что, если у вас нет атмосферы, вам нужно что-то, что не будет сублимировать.
Все подводные плавсредства AFIAK имеют плавучесть, очень близкую к нейтральной, подъемная сила используется только для маневрирования. Таким образом, вся концепция линии Кармана не имеет смысла.

Ответы (1)

Нет

Пока вы находитесь в жидкости, плотность будет достаточно высокой, чтобы форма аэродинамического профиля могла дать вам подъемную силу. В таком случае всегда можно добраться до поверхности жидкости с суборбитальной скоростью. Следовательно, линия Кармана не может находиться ниже поверхности жидкости.

Определение линии Кармана

Математическое определение линии Кармана :

1 2 р в 0 2 С С л знак равно м грамм

куда в 0 – орбитальная скорость; м и С масса и площадь крыла; и С л - коэффициент подъемной силы. Нагрузка на крыло самолета м / С и составляет около 600 кг/м 2 для коммерческого самолета. Через Aviation.SE мы можем получить коэффициенты подъемной силы . Подъемная сила зависит от угла атаки, но С л знак равно 1 является достаточно хорошим приближением. Мы можем подставить это в уравнение, чтобы получить:

1 1200 р в 0 знак равно грамм .

Итак, теперь у нас есть связь между орбитальной скоростью, гравитацией и плотностью жидкости. При плотности жидкости 1000 кг/м 3 , гравитация на поверхности должна быть в 0,83 раза больше орбитальной скорости в единицах м/с. 2 и м/с соответственно, чтобы линия Кармана находилась ниже уровня жидкости.

Связь между скоростью убегания и поверхностной гравитацией

Скорость убегания — это не то же самое, что орбитальная скорость, но она может дать нам приблизительное представление о том, что такое орбитальная скорость. НОО на Земле составляет ~ 7 км / с, а скорость убегания - 11,2 км / с. Как мы увидим, это будет достаточно близкое приближение.

Скорость убегания может быть выражена как произведение поверхностной гравитации на

в 0 знак равно 2 грамм р
. Мы будем использовать скорость убегания в качестве замены орбитальной скорости. Объедините это уравнение с грамм знак равно 0,83 в 0 и мы получаем в 0 знак равно 1,7 р , с единицами измерения м/с и м.

Если скорость убегания такая же, как у Земли, то планета должна иметь радиус 19 000 км (Земля 6370) с силой тяжести на поверхности 9260. грамм . Если планета должна иметь поверхностную гравитацию 9,8 м/с 2 , то скорость убегания этой "планеты" равна 12 м/с, а радиус - 20 метров.

Расчет необходимой массы

Итак, здесь вы можете увидеть формирование невозможности. Скорость убегания

в е знак равно 2 грамм М р .
Если мы подставим 12 м/с и радиус 20 метров, то получим массу 2.2 × 10 13 кг; это плотность 4.4 × 10 8 кг/м 3 который представляет собой электронно-вырожденное вещество.

Заключение

Единственный способ сделать это — поместить жидкий океан над электронно-выродившейся материей размером с небольшой астероид. Так что нет, этого не может быть.

И я не смею представить, что происходит при достижении орбитальной скорости в жидкости...
Это будет кратко, но увлекательно.
@DrSheldon, если вы находитесь в жидкости, вы по определению находитесь в материале с меньшей плотностью, чем если бы эта же жидкость была газом. Таким образом, вам даже не нужен аэродинамический профиль, чтобы достичь поверхности. Теоретически вы можете использовать ту же самую жидкость в газообразной форме, чтобы всплывать на поверхность, то есть при горизонтальной скорости, равной 0.
@KeithMorrison Ракете также не нужна горизонтальная скорость, чтобы достичь верхней границы атмосферы, и она не находится в жидкости.
@JohnLocke Да, но у него также будет вертикальная скорость, близкая к нулю, а ракеты не могут этого сделать.
@fyrepenguin Почему вы не можете отрегулировать скорость сжигания топлива ракетой, чтобы придать ей вертикальную скорость, близкую к нулю? Это потому, что ракета будет неустойчивой?
Не говоря уже о том, что без достаточного давления жидкость превращается в газ. И давление обычно вызвано весом газовой атмосферы, давящей на жидкость.
@KeithMorrison То же самое относится и к воздушному шару, наполненному вакуумом. Линия Кармана определяется относительно аэродинамического профиля, поэтому то, что может или не может плавать, не имеет значения.
@fyrepenguin Двигатель спуска лунного модуля «Аполлон» (не уверен насчет этапа подъема) мог поддерживать нулевую вертикальную скорость во время спуска с двигателем, если того желали астронавты (и «Аполлон-11» сделал это почти так поздно во время фазы спуска). Я помню, где-то читал, что один из способов посмотреть на удельный импульс в секундах — это количество времени, в течение которого ракета теоретически может поддерживать себя в режиме зависания, прежде чем закончится топливо. Однако не могу найти готовую цитату для этого прямо сейчас.
@JohnLocke Я частично откажусь от своего заявления. Ракеты могут и будут достигать нулевой вертикальной скорости, но обычно это выходит за рамки нормы. Я забыл о посадках ракет-носителей SpaceX, которые на мгновение останавливались. Я выдвину тот факт, что воздушный шар или что-либо плавающее сможет сделать это без постоянных затрат энергии, в отличие от ракеты.
@MichaelKjörling Я считаю, что вы правы в этом, и я признаю, что не смог уточнить свое первоначальное утверждение, добавив, что воздушный шар не потребует дополнительных затрат энергии для поддержания своего неподвижного положения.
@fyrepenguin Хорошо, наверное, я просто не совсем понял ваш комментарий. Просто отметим еще одну вещь: если вы превращаете жидкость в газ, вам потребуются какие-то затраты энергии, будь то одно большое использование в начале или постоянное использование в течение всего времени.
@JohnLocke Да, это было плохо. Хотя у вас может быть какая-то наземная станция, которая будет расходовать энергию за вас, а не носить ее с собой.
@fyrepenguin Ты прав, не думал об этом.
Может ли линия Кармана планеты гипотетически находиться под жидкой поверхностью?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v