Каково было бы жить на быстро вращающейся планете?

Question

Каково было бы жить на быстро вращающейся планете?

SpoonyBard

На Земле мы не замечаем многих эффектов вращения Земли, кроме смены дня и ночи. Землянам потребовалось много времени, чтобы понять, что она вообще вращается, но есть измеримые эффекты (различия в гравитации, эффект Кориолиса ).

Было бы более очевидно, если бы Земля вращалась в 2 раза быстрее? в 10 раз быстрее? в 100 раз быстрее? в 1000 раз быстрее?

Казалось бы, Солнце движется быстрее, но что еще мы заметим?

Сможет ли жизнь выжить на планете, вращающейся с такой скоростью, или нас всех выбросит в космос? Я подозреваю, что в какой-то момент Земля расколется.

СРМ

См. «Яйцо дракона» Роберта Л. Форварда для исследования этой темы. smile.amazon.com/gp/aw/d/034543529X/…

жагадури

Сливы в туалете будут меняться невероятно быстро, и играть в бильярд будет невозможно.

Коди

Обязательный xkcd

сапсан ладья

@jgadoury: Как показывают второй и третий ответы, в 17 раз быстрее планета, вероятно, самоуничтожится. Жизнь, вероятно, станет невозможной где-то между 10× и 15×. Но зачем говорить, что «играть в бильярд было бы невозможно»? Эффект Кориолиса затронет все виды спорта, в которых используются свободно движущиеся снаряды, включая бейсбол, баскетбол, футбол, лакросс и даже боулинг, хоккей и керлинг. (И, если уж на то пошло, даже катание на коньках.) Но спортсмены научатся справляться с этим так же, как бейсболисты и футболисты справляются с ветром, а игроки в гольф — с наклонными гринами.

Фукидид

Прочтите «Миссию гравитации» Хэла Клемента, действие которой действительно происходит в таком мире.

жагадури

@Peregrine Took Это была шутка ... Типичные уроки физики используют бильярдные столы без трения в качестве примера, чтобы показать Кориолиса.

Мачта

Соответствующий эпизод «Звездного пути»: «ВОЙ: Мгновение глаза»

Мукул Кумар

К вашему сведению, существуют теории, согласно которым Земля совершала оборот за 2,5 часа до Луны.

JDługosz

@MukulKumar цитата?

Ответы (4)

Каково было бы жить на быстро вращающейся планете?

См. «Яйцо дракона» Роберта Л. Форварда для исследования этой темы. smile.amazon.com/gp/aw/d/034543529X/…
Сливы в туалете будут меняться невероятно быстро, и играть в бильярд будет невозможно.
@jgadoury: Как показывают второй и третий ответы, в 17 раз быстрее планета, вероятно, самоуничтожится. Жизнь, вероятно, станет невозможной где-то между 10× и 15×. Но зачем говорить, что «играть в бильярд было бы невозможно»? Эффект Кориолиса затронет все виды спорта, в которых используются свободно движущиеся снаряды, включая бейсбол, баскетбол, футбол, лакросс и даже боулинг, хоккей и керлинг. (И, если уж на то пошло, даже катание на коньках.) Но спортсмены научатся справляться с этим так же, как бейсболисты и футболисты справляются с ветром, а игроки в гольф — с наклонными гринами.
Прочтите «Миссию гравитации» Хэла Клемента, действие которой действительно происходит в таком мире.
@Peregrine Took Это была шутка ... Типичные уроки физики используют бильярдные столы без трения в качестве примера, чтобы показать Кориолиса.
Соответствующий эпизод «Звездного пути»: «ВОЙ: Мгновение глаза»
К вашему сведению, существуют теории, согласно которым Земля совершала оборот за 2,5 часа до Луны.

Аноплексиан · Answer 1

На Quora есть отличный ответ по этому поводу.

Земля стала бы еще более несовершенной сферой, и это уменьшило бы ускорение силы тяжести; она будет уменьшаться на экваторе и увеличиваться на полюсах. Кроме того, дни будут сокращаться.

Поскольку вблизи экватора действие гравитации прекратилось, мы наблюдали бы в этих районах приливы намного выше, чем обычно, во время приливов гораздо больше суши уходило бы под воду. Я предполагаю, что Венеция перестала бы оставаться пригодной для жизни.

Прецессия земной оси изменится . По мере того, как Земля становится еще более сплюснутым сфероидом, гравитационные различия (Солнца на Земле) будут больше в разных частях Земли, что сделает прецессию оси еще быстрее. Текущий цикл составляет 26 000 лет для одной полной прецессии, он будет сокращаться в зависимости от увеличения скорости вращения.

Полярная звезда изменится быстрее. В настоящее время Полярной звездой является Полярная звезда, которую через 8000 лет заменит Денеб. В силу вышеуказанных причин это произойдет быстрее и астрономические карты могут перестать быть актуальными.

Возможно также, что осевой наклон Земли увеличится. Это означало бы, что зима будет холоднее, а лето жарче.

Поскольку Земля теперь вращается быстрее, а эффект Кориолиса зависит от вращения Земли, влияние эффекта Кориолиса будет увеличиваться, и мы будем испытывать более высокие скорости ветра.

Это было бы благом для геостационарных спутников , поскольку рабочая высота уменьшится из-за увеличения скорости вращения Земли.

Поскольку звездный день (звездное время) теперь будет короче, нам придется переопределить наши нынешние единицы времени.

Поскольку эффект Кориолиса изменит скорость ветра, а скорость вращения Земли увеличится, время полета самолетов изменится. Смотреть: Если Земля вращается на восток, почему она не летит быстрее на запад?

Значительное ускорение может повлиять на саму Землю вплоть до ее полного исчезновения ( подробности см. в превосходном ответе HDE! ). В моем ответе рассказывается, что произойдет на ускоренной Земле, поэтому имейте в виду, что определенные скорости могут усилить определенные части этого ответа.

Кажется, это отвечает на вопрос, что произойдет, если наша Земля ускорится, а не на то, что произойдет, если она просто всегда будет быстро вращаться. Есть много совпадений, но вы должны отредактировать «о нет, нам придется изменить наши единицы измерения/спутники/GPS, потому что мы разработали его для другой планеты», которые вообще не применимы.
(1) Почему первый абзац не помечен номером 1? (2) Параграф № 4 является тривиальной переформулировкой № 3, не так ли? Не понимаю, почему они заслуживают отдельных абзацев. (Да, я знаю, что вы просто цитируете весь список.)
Если пункт № 2 о Венеции верен, то оба побережья США должны быть затоплены каждый прилив. Широта Венеции почти такая же, как и Монреаля.
Можете ли вы немного адаптировать этот ответ к этому конкретному вопросу?
4 и 5 по сути одна и та же точка. Я не думаю, что вопрос, заданный об ускорении Земли, просто разница между Землей, которая вращается «медленно», и Землей, которая вращается «быстро», поэтому 9 на самом деле не имеет значения. (Существующий GPS не подлежит изменению, но GPS для двух Земель будет откалиброван по-разному.)
Есть довольно интересные причуды, спасибо!
@ HDE226868 HDE226868 Конечно, я ответил на это в пятницу, но не имел возможности изменить его до сегодняшнего дня.

HDE 226868 · Answer 2

Когда планета расколется?

Твердое тело расколется, если центробежная сила в точке равна силе тяжести. На экваторе Земли уравнение становится

\frac{грамм М_{\oplus}}{р_{е}^{2}} знак равно ю^{2} р_{е}

$\frac{GM_{\oplus}}{R_e^2}=\omega^2R_e$ куда

M_{\oplus}

$M_{\oplus}$ это масса Земли,

R_{e}

$R_e$ - его экваториальный радиус, а

ω

$\omega$ - его угловая скорость. Перестановка и решение для

ω

$\omega$ получает

ю знак равно \sqrt{\frac{грамм М_{\oplus}}{р_{е}^{3}}}

$\omega=\sqrt{\frac{GM_{\oplus}}{R_e^3}}$ Предполагая

R_{e} \approx {\bar{R}}_{\oplus}

$R_e\approx\bar{R}_{\oplus}$ , его средний радиус, имеем

ю знак равно 1,24 \times 10^{- 3} {рад с}^{- 1}

$\omega=1.24\times10^{-3}\text{ rad s}^{-1}$ Текущая угловая скорость Земли составляет приблизительно

ω = 7.29 \times 10^{- 5} {rad s}^{- 1}

$\omega=7.29\times10^{-5}\text{ rad s}^{-1}$ . Это почти ровно 1/17 ^{скорости} распада Земли.

Теперь это предполагает, что $R_e$ не меняется с $\omega$ - что и делает. На самом деле экваториальная выпуклость

р_{е} знак равно р_{п} + \frac{5}{4} \frac{ю^{2} {\bar{р}}_{\oplus}^{4}}{грамм М_{\oplus}}

$R_e=R_p+\frac{5}{4}\frac{\omega^2\bar{R}_{\oplus}^4}{GM_{\oplus}}$ При исходной скорости разрушения имеем

р_{е} знак равно 6.356 \times 10^{6} + \frac{5}{4} \frac{(1,24 \times 10^{- 3})^{2} (6.371 \times 10^{6})^{4}}{6.673 \times 10^{- 11} \times 6 \times 10^{24}} знак равно 1,43 \times 10^{7} м знак равно 2,24 {\bar{р}}_{\oplus}

$R_e=6.356\times10^6+\frac{5}{4}\frac{(1.24\times10^{-3})^2(6.371\times10^6)^4}{6.673\times10^{-11}\times6\times10^{24}}=1.43\times10^{7}\text{ m}=2.24\bar{R}_{\oplus}$ Это уменьшает гравитацию примерно в 5 раз, поэтому скорость разрыва на самом деле немного ниже. Таким образом, при скорости вращения, в 100 или 1000 раз превышающей ее нынешнюю скорость, Земли здесь не было бы.

Сила Кориолиса

Максимальная величина кориолисова ускорения равна

| а_{с} |_{Максимум} знак равно 2 | Ом | | в |

$|\mathbf{a}_c|_{\text{max}}=2|\mathbf{\Omega}||\mathbf{v}|$ куда

Ω

$\mathbf{\Omega}$ - скорость вращения, а

v

$\mathbf{v}$ есть скорость конкретной частицы. Это означает, что сила масштабируется линейно с

| Ω |

$|\mathbf{\Omega}|$ , и, таким образом, может быть только в 17 раз больше, чем сейчас, в данной точке на Земле.

Мы увидим, что числа Россби (которые характеризуют, насколько система подвержена влиянию сил Кориолиса) будут ниже не более чем в 17 раз. Как отметил Аноплексиан, это приведет к более сильным ветрам и, вероятно, более сильным ураганам — хотя ничего катастрофического; изменение порядка здесь не будет разрушительным. Я бы не слишком беспокоился.

Повседневная жизнь

При скорости вращения Земли в 17 раз каждый день будет длиться около 45 минут, а каждая ночь будет длиться около 45 минут. Даже при 12-часовом цикле дня и ночи вы должны беспокоиться о том, чтобы люди получали необходимое количество глубокого сна в каждом цикле. 45 минут достаточно для хорошего сна, но не для хорошего сна.

Я бы предположил, что существа либо приспосабливаются к такому короткому циклу сна, либо спят несколько дней и ночей, а затем проводят несколько дней и ночей во сне. Я должен изучить вопрос о том, выполним ли любой из них; Я не слишком оптимистичен.

Рад видеть, что мы, по крайней мере, пришли к тому же коэффициенту ротации.
Я думаю, что ваше второе уравнение нуждается в $R_e^3$ вместо $R_3^2$ .
@Devsman Да, это была опечатка с моей стороны. Я сделал расчет с $^3$ но написал уравнение с $^2$ . Спасибо.
Хотя это, безусловно, полезная информация, я не думаю, что она действительно отвечает на вопрос о том, каково было бы жить там.
@ Ajedi32 Я полагаю, что это отвечает на вопрос о том, может ли жизнь выжить на большинстве упомянутых скоростей (она не может, поскольку не будет планеты для жизни), каковы будут наблюдаемые различия (см. Выше) и о том, когда планета развалилась бы. Невозможно понять, какой была бы планета, если бы она не могла оставаться вместе.
Вы, кажется, предполагаете, что единственная сила, удерживающая Землю вместе, — это гравитация. Насколько обосновано это предположение?
@user58697 user58697 Гравитация — единственная важная сила, удерживающая планеты вместе, да.
Я на самом деле ожидал, что это будет немного быстрее, чем в 17 раз! Правильно ли я думаю, что если ваша планета вращается с такой скоростью, то вблизи экватора будет низкая кажущаяся гравитация? Может ли это иметь большое влияние на атмосферное давление? Будет ли тяжело дышать?
@SpoonyBard Вблизи экватора определенно будет более низкая эффективная гравитация. На самом деле при создании звездных моделей ученые должны учитывать центробежные эффекты, потому что они сильно изменяют внутреннюю структуру звезды и влияют на атмосферу. Я думаю, что атмосфера на этой Земле может измениться, но я могу лишь предположить об этом.
@ Ajedi32 Ajedi32 Наконец-то я вернулся и немного пересмотрел его. Есть еще некоторые пробелы, которые нужно заполнить, но это намного лучше, чем было раньше (я думаю).
Основываясь на наших наблюдениях о том, что на Марсе когда-то были океаны жидкой воды, которые ушли в космос, я думаю, можно с уверенностью сказать, что земноподобная планета, вращающаяся со скоростью примерно в 10 раз больше омега Земли, отделится от своего океана и атмосферы в геологическом масштабе времени.
@JamesMcLellan Я мог бы что-то упустить, но я не совсем уверен, как это связано. У нас определенно недостаточно информации, чтобы определить эволюцию жидкой воды на Марсе. Удары метеоритов и отсутствие магнитного поля способствовали атмосферным потерям из-за взаимодействия между солнечным ветром и частицами в атмосфере - вращение не должно было иметь значения в любом случае.
Не говоря о вращении, а о чистой энергии. Убегающей скорости Марса, 5 км/сек, было недостаточно, чтобы удержать океаны, если предположить, что радиация и столкновения с Землей и Марсом были получены примерно в равной степени. При 10-кратной экваториальной скорости Земли ~ 500 м / с дельта-v, необходимая для достижения космической скорости Земли 11 км / с, близка к тем же 5 км / с.

Фейра · Answer 3

Чтобы мы «отлетели от Земли», центростремительная сила, необходимая для поддержания орбиты радиуса Земли, должна быть такой же, как ускорение под действием силы тяжести.

Это было бы порядка $\frac{v^2(m^2/s^2)}{6.4\times10^{6}(m)}=10(m/s^2)$

Это означает, что скорость на поверхности будет $8000(m/s)=\frac{2\pi r}{t}=\frac{4\times10^6(m)}{t}$

Это означает, что один день должен длиться ~ 5000 секунд или один час 12 минут. Для этого Земля должна вращаться примерно в 17 раз быстрее, чем на самом деле.

Если бы мы были чуть ниже этой скорости, интересно, заметили бы мы что-нибудь, кроме почти невесомости на экваторе. Определенно было бы странно, если бы наш вес увеличивался по мере продвижения к полюсам. Я предполагаю, что на полюсах наш вес был бы близок к нормальному, но, скажем, вы жили в Европе — будет ли ваш вес по-прежнему тянуть вас прямо вниз или он будет тянуть вас вниз и на юг? Сможете ли вы еще стоять?
@BillK Вектор псевдосилы будет на 45 градусов к югу от азимута, если вы находитесь на 45 градусов к северу от экватора. Это означает, что вы испытываете $\frac{1}{\sqrt{2}}$ раз больше силы как вдали от поверхности, так и южнее. Однако полная скорость также $\frac{1}{\sqrt{2}}$ там, поэтому общая сила в обоих направлениях будет $\frac{1}{2\sqrt{2}}$ . Это означает, что вас притягивает к югу (0,3535:0,6465) вдвое меньше, чем к поверхности Земли. Это не приятно.
Я думаю, если бы вы шли к экватору, вам казалось бы, что вы идете вниз по склону. Так что у вас, вероятно, есть хорошая идея, где всегда был север. Прикольная штука!
После того, как земля соскользнет к экватору, она не будет такой скользкой.

Крис Н · Answer 4

Вымышленную трактовку этого см. в « Миссии гравитации» Хэла Клемента . В нем планета Месклин имеет день продолжительностью примерно 18 минут, с гравитацией на поверхности 3 G на экваторе и 700 G на полюсах. Большая часть книги посвящена поверхностным условиям и тому, как с ними справляются местные виды. Например, они инстинктивно боятся даже небольшой высоты, так как при 700 G любое падение смертельно.

Каково было бы жить на быстро вращающейся планете?

SpoonyBard

СРМ

жагадури

Коди

сапсан ладья

Фукидид

жагадури

Мачта

Мукул Кумар

JDługosz

Ответы (4)

Аноплексиан

Питер Кордес

сапсан ладья

СМС фон дер Танн

HDE 226868

Чепнер

SpoonyBard

Аноплексиан

HDE 226868

Когда планета расколется?

Сила Кориолиса

Повседневная жизнь

Фейра

Разработчик

HDE 226868

Аджеди32

HDE 226868

пользователь58697

HDE 226868

SpoonyBard

HDE 226868

HDE 226868

Джеймс Маклеллан

HDE 226868

Джеймс Маклеллан

Фейра

Билл К.

Фейра

SpoonyBard

Антон Шервуд

Крис Н