Возможность создания «зоны кислородного излучения»: природного образования на Марсе без давления, которое обеспечивает подходящую атмосферу.

КОНТЕКСТ и ВВЕДЕНИЕ

Люди основывают колонии на Марсе с чуть более передовыми технологиями, чем сегодня. Марсианские колонисты теряют всякую связь с Землей. На протяжении веков марсианские колонисты развивают особую культуру (с обычаями, религией, языком и т. д.). Моя история происходит в этой культуре. Фундаментальным определяющим элементом этой культуры является технофобия/технологический износ (по разным не относящимся к делу причинам).

У меня есть две проблемы, связанные с атмосферой Марса, препятствующей обитанию людей. Во-первых, химический состав марсианской атмосферы не подходит: низкий O 2 и высокий уровень CO 2 . Во-вторых, атмосферное давление на Марсе составляет в среднем всего 600 паскалей, что непригодно для проживания человека. Каким-то образом мои марсиане должны иметь возможность обитать на Марсе и выживать (но не процветать).

Однако, как упоминалось выше, марсианское население технофобно. Их технологии довольно примитивны, технологическое развитие почти отсутствует, а технологии самых первых колоний невоспроизводимы и/или утеряны. Таким образом, о терраформировании не может быть и речи. Как и более передовые технологии, такие как скафандры и герметичные жилые помещения.

«ЗОНА КИСЛОРОДНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ»

Поэтому я пытаюсь разработать теоретическое природное образование, которое обеспечит марсиан локализованной обитаемой территорией.

В настоящее время это природное образование представляет собой негерметичную «зону кислородного излучения». Кислород высвобождается из-под земли в объеме, достаточном для обеспечения локальной территории подходящим атмосферным давлением и составом для выживания (но не для «процветания»). Я включил диаграмму, чтобы лучше описать эту «зону кислородного излучения». Пожалуйста, рассмотрите схему с высоты птичьего полета.

Диаграмма зоны кислородного излученияДиаграмма зоны кислородного излучения

  1. «Утечка кислорода»: значительный объем выброса кислорода из-под земли.

  2. «Пригодная для жизни зона»: область внутри черного круга, где атмосферное давление и состав подходят для выживания человека. Города построены в виде колец, расходящихся от «утечки кислорода».

  3. Размер «жилой площади».

  4. «Переходная зона»: где состав атмосферы и давление постепенно возвращаются к марсианскому нормальному состоянию. Этот район непригоден для жизни.

  5. Протяженность «переходной зоны»: где состав атмосферы и давление становятся неотличимыми от марсианского нормального.

  6. Марсианский нормальный.

ПРИМЕЧАНИЕ. На диаграмме области четко определены, но я представляю, что все это представляет собой градиент давления, от «утечки кислорода» высокого давления (1) до нормального марсианского низкого давления (6).

ОСЛОЖНЕНИЕ: Ветры

Мое понимание систем давления довольно простое. Из исследования, которое я провел, воздух перемещается из области высокого давления в область низкого давления, что приводит к возникновению ветра. Интенсивность этих ветров определяется градиентом давления. Поэтому градиент давления от (1) до (6) должен быть постепенным, чтобы избежать нежелательных сильных ветров. Это правильно? Если да, то будет ли этот постепенный градиент давления чрезвычайно большим по площади?

ОСЛОЖНЕНИЕ: утечка кислорода

Я знаю, что молекулы кислорода вырвутся из этой «зоны кислородного излучения» из-за низкой гравитации на Марсе. Однако подземный источник кислорода, который я предположил, является возобновляемым, и поэтому я считаю, что это осложнение смягчается, пока приток молекул кислорода соответствует оттоку молекул кислорода.

ОСЛОЖНЕНИЯ: Пыльные бури и пыльные вихри

Марс асимметрично нагревается в разные времена года, что создает среднюю перевернутую циркуляцию, называемую ячейкой Хэдли. Короче говоря, эта ячейка Хэдли отвечает за производство пыльных бурь глобального масштаба (среди прочего). Пылевые вихри представляют собой локальные конвекционные ячейки, которые могут достигать 1–2 км у основания и достигать 8–10 км в высоту. Как эти пыльные бури и черти будут взаимодействовать с моей «Кислородной радиационной зоной»? Будут ли они отвлекаться на это?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ и ВОПРОСЫ

Я понимаю, что эта «зона кислородного излучения» не является научно точной до мельчайших деталей.

Осуществим ли мой проект с научной точки зрения? Есть ли какие-либо серьезные осложнения, которые мне, возможно, придется учитывать?

Это громадный вопрос. Спасибо, что нашли время, чтобы прочитать его и дать мне обратную связь.

Если вы выпустите газ в вакуум (или, в конкретном случае, в объем очень низкого давления), он расширится, чтобы заполнить объем; когда это расширение происходит на больших площадях, это называется ветром. Люди могут жить в атмосфере чистого кислорода при давлении от 0,15 до 0,2 атм, тогда как в обычной атмосфере Марса давление составляет около 0,06 атм. Этот перепад давления примерно от 0,1 до 0,14 атм даст вам радиальные ветры силой тайфуна. Вам нужно генерировать достаточно кислорода, чтобы выдержать постоянно дующий тайфун! Любые бури и пыльные вихри за пределами кольца тайфунов слишком слабы, чтобы иметь значение.
Просто, нет. Постоянно возобновляемый источник кислорода для компенсации молекул, покидающих атмосферу, по определению невозможен. Что может быть источником? Откуда мог взяться этот источник. Что произойдет с землей, если источник потеряет и массу, и объем?
@AlexP На самом деле (педантское предупреждение!) Бесплатное расширение газа не работает. Таким образом, хотя массовый расход будет большим, работа не будет совершаться, поэтому не будет ощущаться «сила» расширяющихся газов. Поверьте мне, я два часа редактировал свой ответ, прежде чем получил научную истину.
@kingledion: Предупреждение о двойном педантстве: расширение Джоуля не работает вне системы . Лучшим примером является ракетный двигатель, который работает, позволяя газу под высоким давлением выходить в окружающий вакуум, таким образом толкая ракету. Если мы рассмотрим систему как ракету плюс все пустое пространство вокруг нее, то никакой работы не будет; но нас обычно интересует только ракета.
Мне лень подсчитывать (поэтому нет ответа), но единственный вариант, который я вижу, это то, что ваши люди живут в глубокой депрессии. Точно так же, как давление падает с высотой, оно будет повышаться с глубиной. С достаточно глубокой «дырой» вы можете иметь полезное давление, находясь в равновесии с остальной атмосферой. Это также повышает локальную температуру и служит удобным оправданием того, почему кислород высвобождается в этом удобном месте.
Разве ваши люди не могут эволюционировать, чтобы справиться с низким давлением? Тогда все, что вам нужно, это механизм преобразования C02->02, как у растений...
Почему нельзя провести частичное терраформирование? Начинаются попытки терраформирования, а потом что-то идет не так. Затем это заставит колонистов ненавидеть технологии, поэтому они уничтожат машины для терраформирования, оставив нестабильную среду, подобную этой. Кислород мог быть остатками установки O2 под поверхностью.

Ответы (3)

Не осуществимо; требует слишком много кислорода

Свободное расширение — это процесс, при котором газ расширяется в вакуум. Ваша марсианская атмосфера не совсем вакуум, но она достаточно близка к давлению воздуха, необходимому для дыхания ваших людей.

Математика свободного расширения

п я п ф знак равно В ф В я ,

коэффициент увеличения объема обратно пропорционален уменьшению давления. Мы можем смоделировать расширение газа как полусферу (игнорируя гравитацию, упс!). Объем как функция радиуса

2 3 π р 3 .

Свободное расширение газа в вакуум будет происходить со средней скоростью частиц. Средняя скорость частиц основана на распределении Максвелла-Больцмана и равна

мю знак равно 2 2 к Т π м ,
куда к – постоянная Больцмана ( 1,38 × 10 − 23 Дж/К), Т - температура (давайте возьмем 210 К в качестве средней температуры поверхности), и м - масса молекулы кислорода ( 2,66 × 10 − 23 кг). Подставив эти числа, мы получим скорость расширения 17 м/с. Каждую секунду радиус расширяющегося кислорода будет увеличиваться на 17 метров.

По мере увеличения радиуса кислорода объем кислорода будет увеличиваться в кубе этого числа или почти в 5000 раз. Из свободного расширения мы видим, что падение давления обратно пропорционально увеличению объема, поэтому давление упадет в коэффициент 5000 от точки на расстоянии 1 метра до точки на расстоянии 17 метров.

Но это только на первую секунду. Зададим постоянное значение утечки кислорода. Река Амазонка имеет сток 200 000 м 3 в секунду, давайте использовать это значение. Мы должны преобразовать это в количество молекул, так как плотность этого газа будет переменной. 200 000 м 3 кислорода в STP будет около 8,9 × 10 6 мол.

Используя формулу свободного расширения и закон идеального газа , мы можем рассчитать среднее давление для каждого полусферического слоя расширяющегося газа шириной в метр. Например, давление на расстоянии 15 метров будет 11 бар.

Предположим, что допустимый для дыхания диапазон составляет от 0,3 бар (это давление, используемое космическим кораблем Gemini в качестве 100% кислорода) до 0,1 бар (это парциальное давление кислорода на высоте около 4000 метров). Расстояние для 0,3 бара 45 метров, для 0,1 бара 65 метров.

Вывод

Существует безопасная зона шириной 20 метров, в которой вы можете работать, в 45 метрах от источника кислорода. Однако это при амазонском уровне поступления газа в атмосферу. Добавлять 285000 кг газа в секунду нецелесообразно. Допустим, мы сбрасываем цифры 285 кг в секунду. Теперь вместо диапазона от 45 до 65 метров безопасная зона составляет от 5 до 7 метров.

Атмосфера Марса огромна, при более высоком уровне амазонской атмосферы потребуется 55000 лет, чтобы наполнить атмосферу Марса кислородом до уровня, пригодного для дыхания. Но откуда взять столько кислорода? Какой механизм мог производить почти 300 тонн кислорода в секунду?

Главный вопрос в том, откуда берется весь этот кислород? Не имея возможности объяснить это, я должен назвать это нереалистичным.

@dreadzone11 Вам нужно много кислорода в течение очень долгого времени, независимо от системы хранения. Реально ли это в контексте вашего мира, решать вам.
Жизненный диапазон человека составляет от 0,1 до 1,5, а не от 0,1 до 0,5 бар кислорода и от 0,01 до 0,15 бар углекислого газа, если мы хотим позволить людям спать (в отсутствие углекислого газа в окружающей среде вам придется постоянно помнить, чтобы дышать).

Единственный способ, которым вы могли бы это сделать, — это уйти глубоко под землю и иметь большие пещерные сооружения с ограниченным доступом к внешнему миру. Это могло бы позволить более реалистичному производству кислорода медленнее выходить и, таким образом, иметь выживаемое давление в пещере.

Конечно, теперь у вас есть проблема отсутствия дневного света.

Лучше было бы иметь герметичные купола и скафандры, но чтобы жители не знали, как они работают. Обслуживание скафандра и проверка перед использованием были бы сродни религиозным ритуалам, как и ремонт куполов и т. д. Они даже не рассматривают их как технологию, они просто часть того, как устроен мир, с которым они всегда жили и не смогли. правильное жертвоприношение масла Костюму Бога имеет яркое и запоминающееся наказание от богов; когда соединение выходит из строя и обитатель подвергается воздействию почти вакуума. Отступники в порядке, если они сохраняют основных арендаторов (важные проверки безопасности и техническое обслуживание), и умирают, если они этого не делают.

Последним вариантом было бы частичное терраформирование Марса, достаточное, чтобы иметь (возможно, низкое давление, но пригодную для жизни) атмосферу. Для этого есть ряд предложений, включая https://phys.org/news/2017-03-nasa- Magnetic -shield-mars-atmosphere.html.

Они обнаружили, что дипольное поле, расположенное в марсианской точке Лагранжа L1, сможет противодействовать солнечному ветру, так что атмосфера Марса достигнет нового баланса. В настоящее время атмосферные потери на Марсе до некоторой степени компенсируются вулканическим выходом из недр и коры Марса. Это способствует созданию приземной атмосферы с атмосферным давлением около 6 мбар (менее 1% от давления на уровне моря на Земле).

НАСА предлагает магнитный щит для защиты атмосферы Марса Когда-то у Марса было магнитное поле, похожее на земное, которое предотвращало разрушение его атмосферы. Предоставлено: НАСА. В результате атмосфера Марса со временем естественным образом сгущалась, что открывало множество новых возможностей для исследований и колонизации человеком. По словам Грина и его коллег, это будет включать среднее повышение примерно на 4 ° C (~ 7 ° F), чего будет достаточно, чтобы растопить углекислый лед в северной полярной ледяной шапке. Это вызовет парниковый эффект, еще больше нагреет атмосферу и приведет к таянию водяного льда в полярных шапках.

Спасибо, вы только что изобрели способ пригласить упрямых мусульман жить на Марсе. Теперь вам нужно найти способ поднять своих религиозных техников.
Не знаю, почему вы выбираете мусульман в качестве религиозного примера. Есть много более странных примеров, чем они.
Потому что мусульмане используют насильственное распространение. А их миллиарды.
@ErkinAlpGüney Все ветви авраамических религий делают это, возможно, христианство является наиболее успешным. В конце концов, все религии являются паразитическими мемами, и выживают только те паразиты, которым удается распространяться, поэтому не следует удивляться тому, что все большие религии в той или иной форме заразны, даже если точный способ их распространения различается.

Да, это возможно. Учтите, что на дне долины человек находится ближе к центру масс планеты, поэтому гравитация может быть относительно сильнее, и это может отражаться на местном атмосферном давлении.

сила тяжести против расстояния от центра

На Земле у нас нет долин, достаточно глубоких, чтобы ощутить разительную разницу, но на Марсе у нас есть такая особенность: Долина Маринер.

На глубине до 7 км давление на его дне составляет около 0,168 фунтов на квадратный дюйм, в то время как среднее атмосферное давление на Марсе составляет 0,087 фунтов на квадратный дюйм. Примерно вдвое, как видите.

Все еще недостаточно высоко, чтобы гулять в футболке, но если бы атмосфера на Марсе была более плотной, это было бы первое место, где можно было бы достичь пригодных для жизни условий.

(этот ответ был изначально опубликован на этот вопрос, разместив его здесь, поскольку он также отвечает на этот вопрос. Спасибо @Willk за подсказку)

Возможно, древние раскопали дно этой древней трещины, сделав ее еще глубже. Чем она глубже, тем больше атмосферы наверху и выше давление. Можно сказать, что эти раскопки натолкнулись на древние газовые карманы, реликты первоначальной марсианской атмосферы, запертые в недрах. Осадка на дне траншеи почти одномерная — узкая линия, зажатая стенами. Меньше требуется, чтобы эта глубокая, узкая область была обеспечена атмосферой. Кроме того, это было бы чертовски клаустрофобно!
Я думаю, что это хороший ответ — он работает, ломаться нечему, и вам даже не нужно будет заменять воздух (в конечном итоге). Согласно моим приблизительным подсчетам, если выкопать яму глубиной 80 км на Марсе, давление воздуха на дне будет таким же, как в Денвере, хотя в реальной жизни это будет невыносимый для дыхания углекислый газ. ( en.wikipedia.org/wiki/Барометрическая_формула ). Но это не имеет ничего общего с разной гравитацией; просто чем глубже вы находитесь, тем больше воздуха давит сверху, и, следовательно, тем выше давление.
Возможность создания «зоны кислородного излучения»: природного образования на Марсе без давления, которое обеспечивает подходящую атмосферу.
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v