Можете ли вы создать маленькую атмосферу с гигантскими стенами?

Я предполагаю, что, указав «стены», вы имеете в виду «стены без крыши». (Если нет, игнорируйте все, что я говорю ниже!)

Ответ «да», но это может быть менее полезно, чем вы думаете. В основном, когда у вас есть газ, окружающий планету, газ имеет характерное уменьшение плотности с высотой. Скорость уменьшения плотности зависит от молекулярной массы газа (газы с более высокой молекулярной массой разрежаются быстрее с высотой) и температуры (более холодные газы разрежаются быстрее с высотой). Но нет такой высоты, где атмосфера исчезла бы на 100%, и всегда есть медленная утечка в космос.

Обычно атмосферное давление падает как отрицательная экспонента высоты. На Земле давление уменьшается вдвое каждые 18 000 футов (более или менее). На Луне с ее более низкой гравитацией расстояние, уменьшающееся вдвое, составит около 100 000 футов (20 миль). Как следствие, лунная атмосфера простирается намного дальше в космос при любой заданной плотности. (Отчасти поэтому у Луны гораздо больше проблем с ее удержанием.)

Чем массивнее планета, тем медленнее утечка. Если бы не посторонние эффекты (солнечный ветер, солнечное ультрафиолетовое излучение), атмосфера Земли была бы, по сути, постоянно запертой. Луны, не очень. Если вы волшебным образом наделите Луну атмосферой, напоминающей земную, она довольно быстро ее потеряет. (Я не могу найти число для этого, но пара сценариев ранней Луны показывает, что она теряет плотную атмосферу примерно за 10 Мл. лет.)

Вот в чем фишка: стены сами по себе мало что делают для удержания атмосферы, если они не достаточно высоки, чтобы плотность воздуха наверху была достаточно низкой, чтобы утечка была допустимой. Если вам нужна атмосфера земной поверхности на поверхности Луны, чтобы достичь 0,001 атмосферы, вам нужно подняться на 10 «половинных высот» или 200 миль. Используя очень простую модель, я получаю время в часах, чтобы вдвое уменьшить давление воздуха в открытой трубе на Луне, примерно h/(1400*p), где h — высота трубы в милях, а p — давление наверху. трубки в атмосферах. (Я сделал несколько линеаризующих предположений, так что, вероятно, в формуле есть ошибка как минимум в два раза, но, вероятно, меньше, чем в десять раз.)

Это говорит о том, что труба длиной 200 миль (h = 200, p = 0,001) потеряет половину воздуха за 150 часов. Трубка длиной 300 миль потеряет половину своего воздуха за 17:00 часов. Трубка длиной 400 миль потеряет половину своего воздуха за 20 000 часов и так далее. Чтобы добраться до 100 лет, вам нужны стены высотой около 500 миль.

Вы могли бы лучше придерживаться куполов...

Да, вы можете — на самом деле существует теория, согласно которой, если мы создадим достаточно большой вращающийся стэнфордский тор с достаточно высокими стенами по бокам кольца, вы сможете содержать атмосферу без необходимости в крыше. Однако он должен быть необычайно большим.

Проблема с луной (или другим небесным телом) заключается в том, что гравитация, вероятно, недостаточно сильна, чтобы удерживать атмосферу, если только стены не являются чрезвычайно высокими, особенно потому, что вращение тела усугубляет проблему, как, например, на маленьком астероиде.

Если гравитация на Луне составляет всего одну шестую от земной, можно было бы ожидать, что высота стены будет по крайней мере в шесть раз больше, чем требуется на Земле, чтобы сделать то же самое. Если представить себе высоту атмосферы на Земле — можно представить, что это очень высокие стены.

Кстати, было бы намного проще создать подземные пещеры для вашей истории. Луна уже имеет подземные лавовые трубки с момента своего раннего образования - это было бы намного экономичнее, и вам не нужно было бы строить стены, и вы могли бы намного легче удерживать атмосферу.