Создаст ли искусственная гравитация космического корабля атмосферу?

Да, мог.

Если ваша гравитация составляет 1 г вокруг «центра гравитации», предположительно, ваш корабль представляет собой сферу, поэтому ваш экипаж и пассажиры притягиваются к вашему «центру» с силой 1 г. Может ли на самом деле ваш космический корабль быть планетой ?

Если она физически меньше планеты, то радиус определяет, какая «искусственная гравитация» вам нужна, или нет? Сверхплотный материал мог бы создать гравитационное поле с «центром», и, возможно, маленькая черная дыра также добьется того, что вы ищете. Это известные концепции, поэтому существование вашей «искусственной гравитации» не обязательно.

Скажем, ваш корабль имеет радиус 50 м, массу вашего «гравитационного центра», используя уравнение Ньютона, ваш центр должен иметь массу 367 x 10 ^ 12 кг, чтобы 70-килограммовый человек чувствовал тягу в 1 г (давайте назовем это) Палуба 01.

Конечно, это также будет формировать «атмосферу» , поскольку оно притягивает к себе любые плавающие вокруг себя частицы, и падение будет подобно падению планеты Земля, поскольку скорость падения — это просто отношение к радиусу. Таким образом, во всех смыслах и целях это «мини-Земля». Имейте в виду, однако, что давления нет, если вы этого не хотите, и у вас может быть мини-Земля практически без атмосферы (например, ртути или марса).

Однако перемещение вашего космического корабля — это переменная, которую вы должны учитывать. Если ваш корабль внезапно разгоняется до новой скорости, вполне возможно, что ваша атмосфера не будет двигаться вместе с кораблем, как вам хотелось бы, в зависимости от вашей скорости . Это также влияет на ваших пассажиров и экипаж — ваш корабль может оказаться не таким полезным, как предполагалось изначально .

Кроме того, перемещение вашего корабля через типичную солнечную систему повлияет на орбиты других планет — представьте, что у вас есть все эффекты движения Земли, но только одна имеет небольшой физический размер. Это может быть весьма разрушительным.

Нет. Проблема в том, что удержание атмосферы зависит не от гравитационного поля, а от скорости убегания.

В обычной планетарной ситуации скорость убегания и гравитация связаны — планета с нормальной земной гравитацией не будет иметь проблем с удержанием атмосферы, если только она не поджарится.

Однако в таких случаях отношения разрываются. У вашего корабля на поверхности 1 г, но гравитация падает намного быстрее, чем на Земле — атмосфера уходит быстрее.

Если я где-то не уронил ноль: радиус 100 м с 1 г на поверхности имеет скорость убегания 140 м / с. Ой, средняя частица (все важные достаточно близки по массе) в атмосфере Земли движется со скоростью 500 м/с. Ваша атмосфера уходит почти мгновенно.

Размер и вес корабля

В приведенном ниже ответе предполагается, что искусственная гравитация ведет себя как точечная масса в космосе, удерживая людей-жителей сферического корабля, проживающих на поверхности, в вертикальном положении с удобной земной гравитацией. Также предполагается, что корабль довольно большой, то есть несколько сотен метров в диаметре. Это сделано для предотвращения головокружения и проблем с равновесием у людей при ходьбе по кораблю.

Предположим, что корабль имеет форму шара, тогда его поверхность пропорциональна R в квадрате, как гравитация пропорциональна R в квадрате. Следовательно, если вы знаете диаметр корабля, можно использовать простое линейное масштабирование. Вес корабля будет равен массе Земли, умноженной на разделенные поверхности.

Пример расчета: Возьмем массу земли 6e24 кг , умноженную на площадь корабля в м², деленную на площадь земли 5,1e14 м² . Если ваш корабль 400 метров в диаметре, его радиус 200 метров. Поверхность корабля будет

4π * 200 м * 200 м = 502,654 м²

Вес корабля будет равен отношению массы земли к поверхности,

mShip = 6e24 * 502,654 м²/ 5,1e14 м² = 6,0e15 кг

На расстоянии 200 м от центра этой массы обитатели корабля будут ощущать земное притяжение. Внешний наблюдатель также почувствует гравитационное притяжение. Это количество 6х15 кг кажется большим, но это примерно та же масса астероида, который погубил динозавров ( 6,82х15 кг ). Так что корабль, как объект, ни на что в дальнем космосе не повлияет.

Атмосфера

Все, что находится на расстоянии около 200 м, будет чувствовать ту же гравитацию, что и люди на Земле, поэтому, когда газы высвобождаются, они так же легко остаются у поверхности, как и на Земле. Однако это не будет плотной атмосферой... чем ближе будет центральная точка гравитации, тем круче градиент гравитационного затухания вблизи этих 200 метров. Но предположим, что атмосфера будет иметь толщину около 1000 метров, я этого не рассчитывал, но этого может быть достаточно, чтобы вдохнуть и сохранить экосистему. Корабль также будет притягивать вблизи пыль и частицы, а также рядом с астероидами.

Но.. как путешествовать?

Пока все хорошо, немного пыли не повредит. Только проблема в том, как двигать такой корабль? требуемая энергия будет огромной.

Помните Оумуамуа

^{Darrel S Rivers 2021, через technostalls.com, добросовестное использование.}

Что ж, у скромной личинки ручейника есть хитрый трюк, чтобы спрятаться от голодных личинок стрекоз и рыб:

^{Джойс Гросс 2021 добросовестное использование.}

Конечно, трубка открыта с обоих концов, чтобы можно было кормиться и дышать на хвостовом конце. Я полагаю, что ваш корабль должен быть в состоянии ориентироваться и двигаться в равной степени.

Как указано в комментариях, гравитация уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния, то есть - ну, это зависит от того, как работает ваша гравитационная система.

Если вам нужен эффект кокона, то вы можете просто сказать, что это остаточные эффекты от "гравитационной утечки" вокруг корпуса, эффект может быть довольно слабым. Это, естественно, означало бы, что для удержания камуфляжа нельзя предпринимать резких маневров или резких ускорений. Если эффект преднамеренный и находится под контролем, то его сила зависит от того, что может выдержать экипаж.

Это также может иметь преимущество в защите корабля от метеоритных дождей , полей обломков, которые необходимо пересечь, и выбросов корональной массы , которые в противном случае могут вызвать серьезные проблемы (в последнем случае все же было бы разумно отключить всю электрику). пока не прошло).

Что касается атмосферы, вам нужно будет увеличить силу поля (до смертельного уровня), чтобы удержать что-либо с давлением паров . Решение может состоять в том, чтобы выпустить облако микрокапель воды. Это не дало бы вам ничего пригодного для дыхания, но сделало бы вас похожим на комету, с туманом, уносимым ветром в сторону от ближайшей звезды.

Согласно «Обитаемым планетам для человека » Стивена Х. Доула, 1964 г., планете нужна скорость убегания, в несколько раз превышающая среднюю скорость атмосферных частиц, чтобы удерживать их в течение геологических периодов времени.

https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/commercial_books/2007/RAND_CB179-1.pdf

Согласно таблице 5 на стр. 35, способность удерживать атмосферные газы зависит от отношения скорости убегания к среднеквадратичной скорости частиц атмосферного газа.

Когда отношение равно 1, время жизни атмосферы равно нулю. Если отношение равно 2, срок службы равен нулю. Если отношение равно 3, срок службы составляет несколько недель. При соотношении 4 время жизни атмосферы составляет несколько тысяч лет. Когда отношение равно 5, время жизни атмосферы составляет около ста миллионов лет. Там, где отношение равно 6, время жизни атмосферы бесконечно.

Конечно, ваш космический корабль может не работать в течение геологических периодов времени, поэтому коэффициента 3 или 4 может быть достаточно для продолжительности истории.

Обратите внимание, что это отношение представляет собой отношение скорости убегания, а не силы тяжести на поверхности, к среднеквадратичному скорости атмосферных частиц.

У планеты Земля гравитация на поверхности составляет 9,80665 метра в секунду, или 1 g, а скорость убегания составляет 11,186 километра в секунду.

У планеты Юпитер гравитация на поверхности составляет 24,79 метра в секунду, что составляет 2,527 земной скорости, а скорость убегания составляет 59,5 километра в секунду, что составляет 5,319 земной.

Луна Ио имеет поверхностную гравитацию 1,796 метра в секунду, что составляет 0,183 земной скорости, и скорость убегания 2,558 километра в секунду, что составляет 0,228 земной.

Луна Европа имеет поверхностную гравитацию 1,314 метра в секунду в секунду, что составляет 0,134 земной скорости, и скорость убегания 2,025 километра в секунду, что составляет 0,181 земной.

Луна Ганимед имеет поверхностную гравитацию 1,428 метра в секунду в секунду, 0,146 земной, и скорость убегания 2,741 километра в секунду, 0,245 земной.

Луна Каллисто имеет поверхностную гравитацию 1,235 метра в секунду в секунду, что составляет 0,126 земной скорости, и скорость убегания 2,440 километра в секунду, что составляет 0,218 земной.

Сравните отношение поверхностной гравитации каждого объекта к земной и отношение скорости убегания каждого объекта к земной. Эти два отношения не одинаковы ни для одного из этих пяти объектов.

Поверхностная гравитация и скорость убегания — две разные вещи, и для их расчета существуют разные формулы.

https://en.wikipedia.org/wiki/Поверхностная_гравитация

https://en.wikipedia.org/wiki/Escape_velocity

Таким образом, для формирования атмосферы снаружи космического корабля ему нужен искусственный генератор космической скорости вместо искусственного генератора гравитации.

К счастью, кажется разумным, что генератор искусственной гравитации в качестве побочного эффекта значительно увеличил бы незначительную в противном случае скорость убегания космического корабля.

Если вы подсчитаете массу, которую должен иметь сферический объект радиусом вашего космического корабля, чтобы иметь на поверхности гравитацию в 1 г, вы можете предположить, что ваша сверхнаучная генерация гравитации каким-то образом имитирует эффект наличия такой большой массы на поверхности. центр вашего сферического корабля.

И это количество смоделированной массы, по-видимому, следует использовать для расчета скорости убегания на различных расстояниях от центра вашего предположительно сферического космического корабля. И, таким образом, вы должны быть в состоянии рассчитать скорость убегания на поверхности вашего космического корабля, а также на удвоенном радиусе вашего космического корабля, на четырехкратном радиусе вашего космического корабля и так далее.

И сила космической скорости, созданная как побочный эффект созданной вами гравитации, должна быстро упасть с кратностью радиуса вашего предположительно сферического космического корабля. Если только это не сверхгигантский космический корабль, такой как «Звезда Смерти» или « Жаворонок Валерона» .

Поэтому всякий раз, когда какая-то часть атмосферы попадает на расстояние более нескольких метров или километров от поверхности вашего космического корабля — в зависимости от размера космического корабля — она должна двигаться в несколько раз быстрее, чем скорость убегания на этом расстоянии, и должна улетучиваться очень быстро. .

Замечу также, что солнечный ветер включает в себя быстро движущиеся частицы, которые ударяются о верхние слои атмосферы астрономических тел и отбрасывают атмосферные частицы от планет, постепенно разрушая их атмосферы. Сильные планетарные магнитные поля отклоняют эти заряженные частицы от атмосферы и защищают ее от этого процесса.

Поэтому, если ваш космический корабль сохраняет атмосферу в течение длительного времени, он должен по какой-то причине создавать сильное магнитное поле, которое также защищает атмосферу вокруг космического корабля. Возможно, магнитное поле будет использоваться для отклонения заряженных частиц и предотвращения их проникновения в корпус корабля и нанесения вреда экипажу.

Или же космический корабль всегда может действовать достаточно далеко от ближайшей звезды, так что солнечный ветер будет истощать внешнюю атмосферу космического корабля гораздо медленнее, чем частицы вылетают из него, и поэтому он не является главным фактором атмосферных потерь.

Вот как бы такую ​​атмосферу создать. Если корпус корабля даст течь, вытекающие атмосферные газы могут быть захвачены внешней атмосферой из-за создаваемой гравитации. Это был бы плохо сконструированный космический корабль, который пропускал воздух достаточно быстро, чтобы снаружи образовалась пригодная для дыхания атмосфера.

И я сомневаюсь, что космический корабль, достаточно продвинутый, чтобы создать гравитацию, будет использовать ракеты, за исключением очень продвинутых и мощных ракет.

Мощная ракета будет работать одним из двух способов. Это было бы либо::

А) Выбрасывать много частиц на довольно медленных скоростях. Но эти довольно низкие скорости могут быть в несколько раз выше, чем скорость убегания, возникающая из-за создаваемой гравитации. Я думаю, что им пришлось бы выбрасывать материю со скоростью, превышающей скорость убегания, чтобы двигать космический корабль при включенной генерируемой гравитации. Таким образом, такие ракеты не могли создать внешнюю атмосферу для космического корабля.

Или:

Б) Выбрасывать небольшое количество частиц с очень высокой скоростью, как ионные двигатели. Эти частицы, несомненно, будут двигаться со скоростью, во много раз превышающей космическую скорость, и, безусловно, все ускользнут. И уж точно не скапливается такое небольшое количество частиц, чтобы создать заметную атмосферу вокруг космического корабля.

В эпизоде ​​​​« Одержимость » Звездного пути 15 декабря 1967 года:

СКОТТ: Капитан, пока мы ждем, я взял на себя смелость почистить вентиляционное отверстие для радиоактивных отходов на импульсном двигателе номер два, но мы будем готовы покинуть орбиту менее чем через полчаса.

И:

КИРК: Скотти, попробуй спустить радиоактивные отходы в систему вентиляции. Посмотрите, какой эффект это имеет.

Так что, возможно, ваш корабль производит радиоактивные отходы и выбрасывает их, создавая радиоактивную атмосферу.

Плотность межпланетной среды, не говоря уже о межзвездной среде, настолько невероятно, невообразимо мала, что космическому кораблю, вероятно, пришлось бы включить генератор искусственной гравитации на геологические века, чтобы собрать атмосферу.

Возможно, ваша команда совершает много выходов в открытый космос (внекорабельная деятельность) по разным причинам и выпускает шлюз, полный пригодной для дыхания атмосферы, каждый раз, когда кто-то входит и выходит, и сохранение атмосферы корабля не считается важным, потому что в нем много лишнего воздуха. хранится почему-то.

На самом деле уровни искусственной гравитации внутри корпуса будут самыми легкими в предположительно сферической палубе прямо внутри корпуса, и все сильнее и сильнее ближе к генератору искусственной гравитации в центре. Таким образом, вблизи центра могут быть грузовые отсеки, содержащие огромное количество вещества, сжатого интенсивной искусственной гравитацией внутри. И, возможно, это сжатое вещество может быть воздухом для марсианских колоний или где-то еще, и они не боятся, что он закончится.

Если это пассажирский лайнер, выход в открытый космос в скафандрах может быть обычным делом для пассажиров. Таким образом, корабль может образовать вокруг себя пригодную для дыхания атмосферу, в зависимости от множества факторов.

И, может быть, после долгого плавания со многими выходами в открытый космос капитан знает, что вокруг корабля есть пригодная для дыхания атмосфера. А когда долгий путь подходит к концу, напряженность приводит к тому, что команда требует казнить кого-то. И капитан отказывается, говоря, что смертная казнь запрещена и все они будут осуждены за убийство и сядут в тюрьму на всю жизнь, а экипаж все равно угрожает линчевать человека. Итак, капитан соглашается казнить человека, «расставив» шлюз без скафандра.

И когда капитан один на вахте, он крадется через воздушный шлюз, возвращает отстраненного человека обратно внутрь корабля и прячет его в безопасном месте, пока корабль не достигнет пункта назначения и законные власти не смогут взять его под контроль.