Как предотвратить падение черепахи под действием собственной силы тяжести?

У вас другая проблема (и это не так уж плохо)

Планеты становятся сферическими только потому, что они либо сделаны из материала, который ведет себя как жидкость (газ, пыль, магма), либо вел себя так во время своего создания. Более того, планеты не могут самовосстанавливаться, черепахи могут.

Что вам нужно беспокоиться о космологических черепахах, так это то, что их ткани лопаются или ломаются под действием их гравитационных сил. Итак, давайте сделаем очень грубую оценку порядков, релевантных для вашей черепахи:

Предположим, ваша черепаха выглядит так :

Синие части представляют основные массы (скажем, тело и голову), а красные части представляют некоторую несущую структуру (например, шею).$x$является переменной длины. Все части имеют ту же глубину, что и высота, т. е. синие фигуры — кубы, а красные — кубы.$x × \frac{x}{5} × \frac{x}{5}$.

Тогда мы имеем (с некоторыми дополнительными предположениями):

• Если предположить, что каждый из синих кусочков имеет такую ​​же плотность, как вода (1 кг/л), каждый из них весит$M = 1000\,\frac{\text{kg}}{m^3}·x^3$.
• Если мы предположим, что каждая синяя фигура представляет собой точечную массу, расстояние, на котором действуют их гравитационные силы, равно$2·x$и сила гравитации между ними $$F = \frac{G·M^2}{(2·x)^2} = x^4 · 1.7·10^{−5} \frac{\text{N}}{\text{m}^4}.$$
• Если мы предположим, что красный кусок имеет ту же прочность на сжатие, что и кость ( 170 МПа ), он может выдерживать силы $$170\,\text{MPa}·\left(\frac{x}{5}\right)^2 = x^2·6.8·10^6\frac{\text{N}}{\text{m}^2}.$$
• Две силы равны для$x=6.4·10^5\,\text{m}$или 640 км, что означает, что конструкция разрушается для более высоких$x$и стабилен для более низких$x$. Для сравнения: Диаметр Земли 1,3·10⁷ м или 13000 км; диаметр Луны 3,8·10⁶ м или 3800 км.

Конечно, есть и другие разрушающие механизмы (натяжение, срезание, кручение, …) и задействованы другие ткани, и черепаха будет организована по-другому, но порядок величины сил и сил останется прежним, если только у вас нет совершенно других материалов. вовлеченный.

У меня есть несколько проблем с концепцией, особенно в отношении того, как в конечном итоге будут выглядеть внутренности такого существа под таким большим давлением. И пока я пишу, Wrzlprmft публикует хорошо продуманный пост, в котором это описано.

Альтернативная теория для вас...

Лес Редвуд в Калифорнии и Орегоне потенциально может быть единым живым организмом... одним деревом, которое разветвляется на несколько деревьев и так далее, пока не сформируется одна гигантская живая масса леса. Опираясь на это ... Я мог видеть, как ваша «черепаха» формируется аналогичным образом. Единая жизненная масса со скромным началом, которая питается непосредственно от самой планеты (будь то процесс, похожий на лишайник, который разрушает камни и питается от этого, является потенциалом ... использование тепловой энергии планеты является еще одним потенциалом). Эта биомасса постоянно растет, обгоняя любое другое живое тело на планете, пока планета не покроется одной гигантской биомассой. Какими бы то ни было способами эта биомасса становится разумной (она же развивает «мозг» где-то на планете или в ней).

Это действительно похоже на мягкую плоть существа, раздавленного собственным весом. Теперь у вас есть разумное существо размером с планету, которое по своей сути является планетой, однако оно покрыто одним живым разумным существом, способным манипулировать на глобальном уровне. Он «питается» в том смысле, что черпает энергию из планеты внутри себя (может быть, потребляя луну здесь и там для дополнительной массы?). Размножение становится существом размером с планету, которое находит другие планеты и засевает их так, чтобы их новое семя могло расти так же, как и оно.

Таким образом, я думаю, вы могли бы получить «черепаху» практически любого размера, который вы хотите, и не нужно беспокоиться о том, что существо рухнет само на себя.

Добавлен:

Чтобы сделать массу похожей на черепаху... событие космической погоды может поразить этот планетоид, заставив его защищаться и заставив внешнюю массу вырастить панцирь. Я сомневаюсь, что ласты были бы подходящей техникой передвижения, поскольку они просто крутились бы в пространстве, и им не от чего было бы отталкиваться. Вместо этого его способность двигаться будет больше похожа на кальмаров... «вдыхающих» и сжимающихся (выдыхающих?), которые выбрасывают массу (камни, воду?) с планеты через поры в ее оболочке. В этом случае он будет постоянно искать новую «массу» от астероидов, лун или других планет (что дает ему «необходимость питаться» другими звездными телами).

Чтобы создать существо такого размера, похожее на черепаху (хотя это очень маловероятно), оно не может рухнуть под собственным весом.

Несферические космические тела, очевидно, существуют, но они либо:

• достаточно мал, чтобы физическая жесткость не давала ему разрушиться под действием собственной силы тяжести
• Достаточно низкая плотность, чтобы он не разрушался сам по себе

Следовательно, для того, чтобы это работало, вам нужно что-то с невероятной жесткостью и низкой плотностью.

Ананке имеет массу 3*10^16 кг и не имеет сферической формы. Я мог бы согласиться с тем, что разумная или развитая внутренняя структура могла поддерживать форму черепахи такого размера. Если бы вы были готовы принять этот размер, это было бы прекрасно. Поверхность вашей планеты будет около 30 миль в диаметре. Фобос и Деймос меньше.

Давайте немного уменьшим эту плотность. Аэрографит имеет плотность 0,2 миллиграмма на кубический сантиметр. Если мы используем наноботов, это сделает их более структурированными и прочными, чем мы физически можем в реальном мире, я все еще не думаю, что средняя плотность может быть ниже 2 миллиграммов, чтобы предотвратить коллапс и сохранить свою форму в космических условиях. Если мы скажем, что она может быть несферической, если гравитация на поверхности сферы была бы такой же, как у Ананке, если бы она была сферой, тогда вы получите среднее расстояние от ядра до кожи: 36000 км в диаметре.

Это достаточный диаметр? Может быть, можно было бы увеличить еще на порядок, но это уже не очень реально. Эта плотность играет в нем огромную роль и ничтожно мала. Твердость структуры на самом деле не такая уж жесткая, поэтому самые внешние области будут, по сути, просто аэрогелем, а внутренняя часть будет более плотной и твердой структурой (но все же очень легкой).

Гравитация на поверхности черепахи была бы крошечной. Любая атмосфера рассеется прямо в него или улетучится в пустоту. Если вы действительно хотите, чтобы на нем был живой диск... ну... я не знаю... Есть причина, по которой Плоскому миру нужна такая интересная магия.

Я не вникал в это, но пустота могла бы помочь.

Ответы на этот вопрос не должны фокусироваться на том, как/мог ли этот организм выживать (источники пищи), путешествовать или даже развиваться.

Что ж, я получил образование биолога, поэтому мне кажется тарабарщиной думать о модели животного, которая не начинается с его среды и давления отбора.

Итак, я собираюсь проигнорировать это ограничение отчасти потому, что это позволяет легко представить, почему космическая черепаха не имеет сферической формы.

1) Черепахи не сферические, потому что они сталкиваются с выбором, чтобы сформировать другую форму.

Сферы не являются хорошими силовыми формами. Многие люди думают, что настоящие космические корабли остаются цилиндрами, потому что эта форма необходима для запуска через атмосферу, но на самом деле речь идет о стабильности под действием мощности в космосе.

Устойчивость является функцией смещения массы вбок от линии тяги, идущей вверх от двигателей. Чем ближе большая часть массы к линии тяги, тем легче сбалансировать корабль на вершине тяги. Это неочевидно, потому что при контакте с воздухом, водой или землей длинная форма цилиндра встречает сопротивление и начинает действовать как рычаг, сбивающий корабль с оси тяги. В вакууме этот эффект тривиален. Осевой центр тяжести корабля более стабилен.

Сфера перемещает от линии тяги больше массы, чем длинный цилиндр эквивалентного объема. Эта смещенная масса должна постоянно балансировать, иначе она сместит центр корабля с линии тяги.

Рассмотрим это так: внутри корабля, находящегося на ускорении, астронавт проходит максимально возможное расстояние. При этом его масса до некоторой степени смещается в центр тяжести. В цилиндрическом корабле он большую часть времени будет проводить немного смещенным от линии тяги и двигаясь параллельно ей. На сферическом корабле большинство траекторий, по которым он мог двигаться, уводят его дальше от центра тяжести и, в самом крайнем случае, на половину диаметра корабля. Если бы он шел из стороны в сторону в средней точке корабля, перпендикулярной линии тяги, его масса имела бы эффект рычага на концах.

Итак, сферы хороши, если у вас нет тяги, но в остальном они сложны. Точно так же, как животные и транспортные средства на Земле имеют базовую компоновку «голова-хвост», несмотря на их радикально различное происхождение и материалы, вероятно, космическое животное также эволюционировало бы с компоновкой «голова-хвост» для устойчивости при тяге.

Следующий выпуск будет шире, чем толще. Животные на Земле эволюционировали под действием гравитации, поэтому они формируются, чтобы сопротивляться гравитации, что означает, что у них есть верх и низ. Космическая черепаха не будет. Если бы он развивался как форма «голова-хвост», как указано выше, все остальное было бы равномерно распределено по внешнему периметру.

Чтобы получить плоскую форму, нам нужно вызвать давление отбора, чтобы сделать эту форму оптимальной. Очевидным было бы то, что черепаха поглощает солнечный свет или плазму солнечного ветра в пищу. Во всех трех случаях плоская форма, ориентированная перпендикулярно линии к звезде, как подсолнух, даст ему наибольшую площадь поверхности для поглощения.

2) Размер: если что-то большое, это не значит, что оно должно быть сферой. Гравитация — самая слабая сила, поэтому, если ее компенсировать другой силой, ее склонность формировать материалы в сферы можно легко компенсировать.

Живые существа не являются статическими структурами, они динамичны и все время прилагают энергию для поддержания своей формы (клетки тратят 70% своей энергии на движение вокруг ионов калия и натрия, которые, помимо прочего, поддерживают форму клеточной стенки).

Если мы представим черепаху, которая создает и контролирует магнитные поля в своих тканях, что вполне правдоподобно с биологическими проводниками, мы могли бы представить черепаху, которая постоянно манипулирует сложной матрицей внутренних магнитных полей, чтобы поддерживать свою форму против гравитации и гасить различные силы напряжения. распространяясь по нему. Магнитные поля на самом деле были бы самой жесткой частью системы. Вместо того, чтобы пытаться просто сопротивляться силам напряжения гигантского масштаба с помощью статических материалов, черепаха будет поглощать, рассеивать и перенаправлять их.

Черепаха была бы чем-то вроде внутренне сложного животного из воздушного шара, в котором гравитация заменяла бы внешнее давление воздуха, а магнитное усиление заменяло бы внутреннее давление воздуха. Ткани - это оболочки воздушных шаров. Ткани просто должны быть достаточно прочными, чтобы существовать в точке баланса каждой силы. Силы на самом деле укрепляют ткани точно так же, как давление воздуха укрепляет кожу воздушных шаров.

В этом случае черепаха могла бы стать намного больше, чем если бы она полагалась только на статическую массу, чтобы сопротивляться притяжению. Однако последствие динамической формы будет означать, что как только черепаха умрет или просто ослабнет до определенного момента и исчерпает достаточно энергии, она взорвется.

Кроме того, рост в прямолинейной форме черепахи распределит массу вокруг в несферической форме, что уменьшит общую силу гравитации, чтобы стянуть все в одну точку. Это замедлит петлю гравитационной обратной связи, которая формирует сферы.

Я предполагаю, что в какой-то момент гравитация преодолеет магнитное подкрепление, но я понятия не имею, как рассчитать массу, при которой это происходит, особенно с неправильной формой.

Подумайте о большом океанском корабле, таком как авианосец. Его плотность намного меньше, чем у стали, потому что он в основном пустой. Вот почему он плавает. Его плотность меньше, чем у воды.

Если бы ваша черепаха была в основном экзоскелетом, вы могли бы сделать ее сколь угодно большой, не опасаясь, что она рухнет сама на себя (ей может понадобиться какая-то структура внутри для жесткости и т. д.). Конечно, если бы черепаха «родилась» на планете с гравитацией, ей понадобился бы какой-то материал, который мог бы избежать разрушения конструкции. Но в космосе это не имело бы значения.

Я бы поместил это в комментарий, но мне не хватает репутации,

Черепаха, на которую вы ссылаетесь в своем вопросе - черепаха размером с планету на самом деле представляет собой «дисковый мир». Теперь это фэнтезийные книги, написанные Терри Пратчетом, которые действительно включают магию, однако IIRC, в то время как магия используется для объяснения существования дискового мира в книжная вселенная "магия" больше похожа на науку Цитата ниже из Википедии

Магия является основной силой в Плоском мире и действует аналогично стихийным силам реального мира, таким как гравитация и электромагнетизм. «Постоянное магическое поле» Диска — это, по сути, локальный разрыв реальности, который позволяет даже существовать плоской планете на спине черепахи. Сила, именуемая «магией», на самом деле является просто функцией относительного отсутствия реальности в данной области, почти так же, как отсутствие тепла описывается как «холод». Магия искажает реальность примерно так же, как гравитация реальной вселенной искажает ее пространство-время. Акт совершения магии, по сути, говорит Вселенной, какой вы хотите, чтобы она была, в терминах, которые она не может игнорировать. Это очень истощает пользователей магии из-за науки о Плоском мире. s Закон Сохранения Реальности (в котором говорится, что для того, чтобы сделать что-то с помощью магии, требуется такое же усилие, как и для того, чтобы сделать это обыденно). Вот почему большинство волшебников Плоского мира хранят магию в посохе (с ручкой на конце), который является своего рода конденсатором для магической энергии.

В Плоском мире, где магия имеет больше общего с физикой элементарных частиц, чем с Гудини, фоновая магия высокого уровня (скорее всего, отсылка к фоновому излучению реального мира) возникает при попадании очень мощного заклинания,