Я полагаю, что атмосфера, которую способна поддерживать планета, зависит от ее гравитации, количества получаемой ею солнечной энергии и атомного веса газов. Это означает, что у Юпитера может быть водородная атмосфера, но не у Земли, которая должна довольствоваться атмосферой из азота/кислорода/углекислого газа. Сможет ли Луна (естественный спутник Земли) сохранить стабильную атмосферу, скажем, Аргона? Гексафторид урана?
Какой должна быть математическая формула?
Отредактировано, чтобы объяснить, почему я думаю, что это не дубликат вопроса «Как покрыть Луну постоянной атмосферой?»: кажется, что старый вопрос подразумевал идею пригодной для дыхания атмосферы («как мы можем покрыть Луну прочной атмосферой , подобной земной? "- жирный мой). Как я думаю, ссылки на аргон и гексафторид урана ясно показывают, что это вопрос не о том, как покрыть Луну атмосферой, подобной Земле, а о том, какую атмосферу Луна могла бы предположительно удерживать, даже если она сильно отличается от Земли. и, следовательно, не пригодны для дыхания для земных форм жизни. (Основная идея заключалась бы в том, как создать на Луне атмосферное давление, чтобы бреши в кислородно-азотных куполах можно было починить без риска засасывания людей в вакуум снаружи.)
Вопрос немного сложнее, чем просто математическая формула, и, вероятно, его следует задавать по физике SE или по исследованию космоса, а не по построению мира.
Основная проблема в том, как долго вы хотите сохранять свою атмосферу? Если прямо сейчас дать Луне земную атмосферу, она не потеряет ее и через пару лет. Ваши люди могли бы неплохо жить там какое-то время. И земля тоже теряет часть своей атмосферы - в основном водород и гелий - и в то же время набирает космический мусор, который хотя бы частично состоит из воды и силикатов, давая "новый" кислород и в меньшей степени удлинить водород. Тем не менее, кажется, что Земля с каждым годом теряет в весе .
Но точно так же, как брошенный вами камень, в конечном итоге упадет обратно на землю, молекула кислорода, пытающаяся убежать, также «упадет» в атмосферу, если только не достигнет космической скорости . Как только космический луч попадет в вашу молекулу и ускорит ее сверх этого предела, она будет потеряна для Земли.
Теперь скорость убегания на Земле равна , а на Луне как раз . Это означает, что вам нужно около раз быстрее, чем на Земле. Но формула энергии , а значит добиться раз быстрее, вам нужно раз больше энергии. Или, чтобы разогнать данную молекулу до космической скорости на Луне, вам нужно меньше, чем энергии по сравнению с землей.
А поскольку масса в этой формуле линейна, а скорость квадратична, вам нужно увеличить массу намного больше, если вы хотите сбалансировать более низкое «требование» скорости — вам нужно увеличить вес вашей молекулы атмосферы на в 20 раз, чтобы ему потребовалась такая же энергия, чтобы покинуть планету. Кислород ( ) имеет молярную массу ок. 32, аргон имеет 40, гексафторид урана ( ) 244. Но чтобы для ускорения до космической скорости потребовалось такое же количество энергии, ваша молекула «лунной атмосферы» должна иметь молярную массу . (Обратите внимание, что аргон здесь плохой пример. Большинство газообразных форм элементов имеют молекулы, состоящие из 2 атомов, а благородные газы — нет. Вот почему я умножил атомный вес на 2 для кислорода, но не для аргона).
Другими словами, энергия, необходимая для удаления молекула с Луны составляет чуть больше трети энергии, необходимой для удаления молекула от земли. Итак, атмосфера на Луне, вероятно, просуществовала бы намного меньше, чем кислородная атмосфера на Земле; Азот немного легче, но не настолько, так что эти 2 сравнимы.
Ситуация на самом деле хуже, чем "одна треть энергии - 3-кратная потеря". Космическая частица, которая унесет вашу молекулу с Луны, просто ускорит молекулу на Земле. Вам нужно, чтобы вторая частица столкнулась с молекулой земли через короткий промежуток времени после первой, как правило, с того же направления, чтобы подтолкнуть ее к порогу. Еще одна причина, по которой Луна быстрее теряет свою атмосферу.
И проблема с - во многих случаях ваш космический луч не оставит вашу молекулу нетронутой. Космические лучи распадаются молекулы на отдельные атомы в верхних слоях земной атмосферы все время, где они образуют озон. Я не смог найти энергию связи в , но я предполагаю, что есть хороший шанс, что в атмосфере вашей луны он разделится на уран и фторид, при этом фторида будет достаточно света, чтобы покинуть планету, и останется металлический уран.
И я даже не стал принимать во внимание отсутствие магнитного поля Луны - в то время как большинство частиц солнечного ветра отклоняются от земной атмосферы, на Луне это не так. Больше частиц попадает в атмосферу - выше потери.
Так что нет, вы не сможете создать на Луне стабильную долгосрочную атмосферу, независимо от того, какой газ вы используете.
Я думаю, что на Луне можно было бы поддерживать постоянную атмосферу, если вложить значительные средства в технологии. Кто-нибудь видел космические шары? Серьезно, мне пришла в голову мысль, что планетарный купол вполне осуществим. По сути, высокопрочная ткань может быть надута атмосферой на огромные расстояния через лунную кобылу для фазы испытаний, а затем расширена, чтобы полностью окружить Луну на высоте, достаточной, чтобы не царапать вершины гор, или, возможно, прикреплена к ним, обеспечивая какое-то отверстие. (s) могут быть закрыты между прибытием и отправлением. Это может быть как плавучий солнечный коллектор, так и протектор, возможно, даже спроектированный с возможностью имитации 24-часового цикла дня и ночи (количество солнечной энергии, подаваемой микроволнами на коллекторы на земле, может быть использовано для добычи ресурсов и производства электроэнергии). ракетное топливо, чтобы помочь окупить инвестиции.
Мы могли относительно легко поддерживать нормальную кислородную атмосферу около 0,2 атм.
Как объяснялось в других ответах, скорость убегания с Луны намного ниже, чем с Земли, но все же во много раз больше, чем средняя скорость молекул или воздуха. Хотя это будет происходить очень быстро. По сравнению с истечением атмосферы Земли, характерное время которого составляет миллиарды лет, атмосфера Луны истечет за несколько десятков миллионов лет.
Вот почему его давно нет. Но если бы мы могли как-то его восполнить, нам вполне хватило бы каких-то десятков миллионов лет.
К счастью, почва Луны содержит много кислорода — в основном из оксидных и силикатных минералов. Есть еще одна проблема: он очень сильно связан, для извлечения кислорода, например, из триоксида алюминия (одного из самых плотных компонентов лунного грунта) потребовались бы высокие технологии, печи на 2000К и огромная потребность в энергии.
На Луне практически нет ни азота, ни углерода, ни водорода.
Недостаток N2 не является большой проблемой - он инертен, его используют только органические материалы, но в планетарных масштабах его очень мало.
Недостаток углерода — более серьезная проблема, но, вероятно, глубоко в его почве находится много карбонатных минералов. Ее следует регулярно добывать.
Недостаток водорода — самая большая проблема. Хотя на полюсах Луны есть немного льда, его слишком мало для поддержания устойчивой экологии. Его следует перенести с другой планеты (луны). Думаю, самым простым решением было бы расстрелять его там рельсовыми пушками с ледяной луны с малой скоростью убегания.
JDługosz