Какое самое большое естественное тело, которое можно было бы выдолбить и в котором безопасно жить?

Некоторые предложения для жизни в космосе предусматривают поиск астероида, который представляет собой твердый кусок чего-то (например, никелевого железа), выдолбление в нем, установку воздушного шлюза, и у вас есть дом. Добавьте диск и у вас есть космический корабль. Конечно, реальность немного сложнее, но идея заслуживает внимания.

Если оставить в стороне силы вращения и тяги (слишком много переменных для простого вопроса), какое самое большое естественное космическое тело, о котором мы знаем или можем разумно предположить существование, которое могло бы быть полым, наполненным воздухом на комфортном для человека расстоянии? , и жил в?

Достаточно легко изобразить астероид, который по сути является железным ядром планеты, поэтому разумно предположить, что это может быть вариантом. Кроме того, планетоид размером с нашу Луну или около него мог бы иметь ядро, достаточно охлажденное, чтобы проложить туннель к центру и создать впадину. Наша Луна, находящаяся на орбите вокруг Земли, испытывает значительные приливные нагрузки (вероятно, поддерживает тепло ядра), поэтому не может быть кандидатом. Хотя кандидатом может быть идентичное тело на солнечной орбите или межзвездной траектории.

Изменить, чтобы уточнить область примененияЯ думал, что с планетоидом в значительном гравитационном колодце (например, на Луне или Земле) вся масса останется на теле. С небольшим телом «добытые» материалы, скорее всего, будут проданы или выброшены. Некоторые материалы из тела или внешнего источника будут использоваться для герметизации и поддержки. Отвечая на этот вопрос, я определяю пустоту как возможность практически закрытого обзора внутренней части, как в случае со сферой Дайсона. Поперечные опоры были бы практичны в небольшом корпусе в несколько сотен метров (хотя и нарушили бы определение пустоты, используемое здесь). Для впадины, измеряемой сотнями километров, поперечные распорки были бы непрактичны по той же причине, по которой непрактичен космический лифт; не существует разумных средств перекрытия с достаточной прочностью, не приводящих к образованию сот или туннелей.

Я действительно не понимаю, почему здесь есть верхняя граница. Земля может быть выдолблена. Сфера Дайсона, по сути, то же самое...
@PearsonArtPhoto Я думал об этом (учитывая крутое ядро), у вас, по сути, был бы центр нулевой гравитации, но похоже, что если бы вы оставили ядро ​​​​естественным, оно имело бы тенденцию обрушаться, как шахта без поддержки крыши. Сфера Дайсона предполагает использование материала, адаптированного к нагрузкам. Кроме того, тело, которое было, скажем, астериодом и представляло собой естественное собрание более мелких частиц, вряд ли сформировалось с достаточной силой, чтобы удерживать вместе какую-либо внутреннюю внешнюю силу.
Определение «полый» можно расширить, включив в него опоры и даже оставив нетронутым внутреннее ядро. Уточните, пожалуйста, точнее, что имеется в виду под «пустотой» — мало кто из инженеров-строителей отказался бы от приглашения на эксперимент при неограниченном финансировании.
Одна вещь, которую нам нужно учитывать, это то, что когда вы выдалбливаете какое-то небесное тело, вы также удаляете большую часть его массы, а это означает, что гравитационные силы на внешней оболочке будут намного меньше. На самом деле не отвечает на вопрос, но я подумал, что это может отсутствовать в «общей картине», чтобы на самом деле представить это. И мы также не можем предположить, из каких материалов будет сделана внешняя оболочка (необходимая толщина, ее предел прочности,...), так что любые расчеты будут в лучшем случае спорными. :|
Хм. 16 Psyche en.wikipedia.org/wiki/16_Psyche — самый массивный астероид m-типа. Возможно, его можно было бы выдолбить в результате какого-то процесса плавления, оставив только тонкую оболочку, а затем раскрутить, чтобы создать искусственную гравитацию. Интересно, каким был бы градиент силы тяжести с головы до ног, если предположить, скажем, 0,9–1 G у ног. Мне также интересно, будет ли легко сделать его герметичным, особенно если предположить, что он выдолблен в результате плавления.
@TildalWave Это зависит от того, как вы его выдолбите. 1) Просверлить шахту в центре астероида и выдолбить ядро. 2) заполнить ядро ​​замороженными летучими веществами. 3) заполнить шахту снятым при бурении материалом, создав прочное уплотнение между астероидом и замещающим материалом по всей его длине. 4) Симметрично нагреть астероид до его точки плавления, начиная с поверхности и продолжая до тех пор, пока зона расплава не достигнет летучих веществ в ядре, заставляя его расширяться, как воздушный шар. - Как только скорлупа снова затвердеет, вы получите полый пузырь с такой же массой, как и у оригинала.
@TildalWave Я не могу претендовать на оригинальность; Я украл эту идею из серии «Восстание Трои» Джона Ринго (а он украл ее откуда-то еще...). Вечером посмотрю, как напишу подробнее.
@DanNeely Я думал, что большинство ближайших астероидов практически лишены летучих веществ. Я могу дать вам ссылку на это, но одна статья, которую я помню, утверждала, что жидкая вода и лед сохранятся внутри астероида размером 100 км в течение нескольких десятков миллионов лет. Мы далеко за этим, так что я сомневаюсь, что вы можете найти какие-либо замороженные летучие вещества, чтобы закипеть... если только вы не пройдете мимо Юпитера.
@AlanSE Да, летучие вещества нужно было бы привезти из другого места; но если у вас есть запас энергии, чтобы расплавить большой астероид, вы можете захватить и комету, чтобы добыть ее.
Один из вариантов выдолбления: выбрать тело с большим количеством воды, достаточно далеко от Солнца (например, Европу). Пробурите несколько километров льда и откачайте жидкую воду из середины.
@СФ. Хватит ли прочности у льда, чтобы сделать это? Вы ожидаете, что центр будет водой или камнем/твердым телом?
@JamesJenkins: я не знаю!
Я бы хотел перевернуть этот вопрос с ног на голову - минимальный объем, который естественное тело должно было бы окружить, чтобы обеспечить жилое/рабочее пространство для экипажа, скажем, из 5 человек, при этом сохраняя способность двигаться и обеспечивая радиационную защиту, эквивалентную земной атмосфере.
@Все, вам понадобится дополнительная информация о требованиях к жилому/рабочему пространству. А также критерии жизнеобеспечения и физические и психические потребности в течение определенного периода времени.

Ответы (2)

Пещеры

Любое большое тело, где вы можете выжить на поверхности, для начала можно использовать для пещер, искусственных или естественных. Это замечание не по теме, потому что вы спрашиваете об удержании атмосферного давления. Лунные пещеры могут выдерживать давление в 1 атмосферу на глубине около 60 метров под поверхностью без каких-либо нагрузок на окружающие породы. Я использую здесь очень простую математику. Если принять плотность 1 г/см 3 , то для получения давления в 1 атмосферу необходимо 10 метров водяного столба. Луна имеет 1/6 гравитации Земли. КЭД.

Это возможно на многих телах. Это возможно на Церере, даже на Весте. Но по мере того, как мы уменьшаем массу тела, пещера должна становиться глубже, чтобы поддерживать давление в 1 атмосферу. Гравитация в жилой зоне также уменьшается (очевидно, потому что тело меньше). Так что есть только ограниченный набор, для которого это имеет смысл. Плюс у многих тел изначально есть атмосфера, так что пещеры там либо дополнительные, либо бесполезные.

Одним из самых привлекательных мест для пещер является Меркурий. Это очень хорошо аргументировано Джимом Шиффлеттом . Я не имею в виду, что колония на Меркурии предпочтительнее Марса или Луны (хотя, по-видимому, на этот счет существуют разногласия), но я имею в виду, что пещеры — единственный способ создать базы на Меркурии.

Центральные пещеры

Вернемся к идее Цереры. Его центральное давление составляет около 200 земных атмосфер. Гравитация увеличивается примерно линейно с радиусом, поэтому ваши пещеры будут примерно на 1/400 радиуса карликовой планеты под поверхностью. Вы также можете заниматься плаванием, но это отдельная тема. Что происходит, когда объект настолько мал , что пещера должна оказаться в центре?

Ну, для начала, у вас будет невесомость. Согласно теореме об оболочке, гравитация полностью уравновешивается из-за камня самого астероида. Существует определенный размер , при котором центр естественно находится точно в 1 земной атмосфере. Это ставит вас на астероид диаметром около 20 км. Многие объекты такого размера хорошо каталогизированы, и мы знаем о них прилично. Гаспра тому пример. Он тоже не круглый. Теперь на эту тему...

Можно спорить о том, является ли требование отсутствия структурных сил разумным. Это тема Планетарной дифференциации . Многие астероиды представляют собой горные породы, выкованные внутри более крупного тела, и они отделились только из-за столкновений. Это означает, что они могли образоваться из расплавленных материалов под большим давлением, образуя довольно связное тело. На самом деле это довольно распространено. Обычно считается, что предел дифференциации находится намного выше точки диаметра 20 км и, вероятно, ближе к диапазону в 100 км. Это мы знаем из исследований лун. У нас относительно меньше информации о свободных астероидах, потому что луны исторически были более очевидным типом объектов для изучения, а их размеры больше смещены в сторону больших размеров.

Итак, подводя итог этой тираде, позвольте мне констатировать следующее:

Вопрос: можно ли очистить центр астероида размером 20 км и заполнить его газом?

A: Он бы просочился, но если бы вы не позволили ему просочиться, законы физики сказали бы нам окончательно «да».

Вопрос: могли бы вы очистить центр астероида размером 20 км и подвергнуть его воздействию космического вакуума?

A: Он может рухнуть сам по себе, но мы не знаем наверняка. Она находится вблизи границы требуемой прочности материала. Это также будет зависеть от размера полости, которую вы вырезаете.

Есть также некоторые очевидные аргументы масштаба, которые следуют. Например, можете ли вы выдолбить центр 1-километрового астероида и выставить его в космос без коллапса? Конечно. У нас есть довольно хорошие шансы на то, что это сработает, потому что это всего лишь борьба с собственной гравитацией. Тот факт, что гораздо более крупные объекты недифференцированы, означает, что структуры странной формы километрового масштаба могут противостоять их собственной гравитации. Но «может» отличается от «будет». Вот для чего нужны инженеры-строители.

Гравитационные шары

Так что давайте смешно. Что, если я возьму объект размером 20 км, начну выдалбливать центр, наполняя его герметичным карманом с воздухом... и просто буду продолжать? Насколько большим я могу стать, прежде чем он рухнет в большой беспорядок? Ну, предела как такового нет.

У вас есть проблема естественной дифференциации, которая работает против вас. Он хочет перевернуть ваш воздушный пузырь, поместив низкую плотность (воздух) снаружи и высокую плотность (камень) посередине. Но это не дифференцировано с самого начала, так что это не произойдет очень легко. Допустим, вы выдолбили в центре воздушный пузырь диаметром почти 20 км. Теперь вы переместили почти всю скалу, разбив ее на мелкие кусочки. Что ж, исследования астероидов установили углы кувыркания порядка 7-14% от подъема к движению, то же самое для куч песка на Земле (неудивительно). Вы можете избежать крутых углов при перестановке камней, хотя идея динамического отказа все еще ужасает. Так что это возможночто вы можете загнать материал в очень большой объем воздуха - и все это без прочности материала.

Есть деталь, что поддерживаемое естественным образом давление изменяется в зависимости от размера воздушного пузыря. Но это следует за очень предсказуемой математикой, которую нетрудно вычислить. Единственный реальный предел — когда объем воздуха становится настолько поразительно массивным, что гравитация самого воздуха ограничивает обитаемый диапазон. Кто-то написал научно-фантастическую книгу именно об этом.

http://www.kschroeder.com/my-books/sun-of-suns

Теперь есть два основных недостатка в видении, которое нарисовал этот автор.

  1. Он думал, что оболочка должна быть сделана из углеродных нанотрубок. Это смешно. Вы могли бы сделать его из листа скалы толщиной 10 км. У вас есть проблемы со стабильностью, но какая вам разница, если вы все равно можете сделать углеродные нанотрубки...
  2. Среды обитания с искусственной гравитацией вращаются в свободном пространстве. Это создает невозможные силы сопротивления. Я написал о разумном способе сделать это в блоге .

Все это очень причудливое мышление. Начнем с того, что во всей внутренней Солнечной системе есть только 2 объекта, которые могли бы удерживать пригодный для дыхания воздух в своем центре — Эрос и Фобос. И даже это будет разреженная, богатая кислородом атмосфера (как Скайлэб).

Возможно, производство пригодного для дыхания воздуха в первую очередь является более сложной задачей. Все околоземные астероиды слишком малы для безумной схемы, которую я описал. Но им также может не хватать достаточного количества водорода и азота. Чтобы получить материалы для жизни, для начала потребуется инфраструктура. Если вам нужно место для парковки тех газов, которые вы производите, это не должно быть слишком сложно в космическом смысле.

вернусь к вопросу:

какое самое большое естественное космическое тело, о котором мы знаем или можем разумно предположить существование, которое могло бы быть выдолблено, наполнено воздухом на удобном для человека расстоянии и в котором можно было бы жить?

Проблема в том, что большие тела имеют центральное давление, слишком высокое для человека. Если ваш предел составляет около 3 земных атмосфер (разумный биологический предел), самым большим телом будет что-то вроде 132 Aethra , скромное тело на внутреннем краю пояса астероидов. Однако, если вы сделаете центральный воздушный пузырь достаточно большим, это давление упадет.

Отличный ответ, я думаю, вы только что сохранили вопрос с ним! Читая это, я подумал о другом препятствии — насколько велика может быть масса «пригодного для дыхания воздуха», прежде чем он станет слишком массивным, начнет формировать ядро ​​и, в конечном итоге, станет массивным термоядерным реактором (звездой)?
@TildalWave научно-фантастическая книга о Вирге исследовала количество воздуха, где имеет значение перепад давления - во внешних регионах воздух разрежен, как в горах. Этого еще недостаточно для того, чтобы воздух удерживал себя (ему все еще нужна стена). Что-то вроде массы Урана было бы ближе к пределу стабильно связанной массы воздуха. Чтобы получить синтез, вам нужно на много порядков больше. Масса даже самого большого разумного гравитационного шара будет примерно в 10^10 раз меньше массы.
Фантастический ответ, я не могу представить лучшего, но я не мог представить и такого хорошего. Я воздержусь от его принятия в течение нескольких дней, чтобы побудить других попытаться дать лучший ответ.
Когда вы отвечаете, вы действительно отвечаете. Я увеличил комментарий об H и N на астероидах, потому что на прошлой неделе я пытался спросить о лунной породе, о том, есть ли шансы, что она содержит оба химических вещества, просто основываясь на общих знаниях о составе Солнечной системы. Я не мог найти никаких материалов об этом, я не знаю, как искать. Что я должен искать? (Если я могу навязать вам таким образом.)
@briligg Астероиды содержат около 0,1% азота по содержанию элементов . Это значит, что для получения 1 м^3 воздуха нужно переработать около 1 м^3 породы, что мне кажется неразумным. На Земле мы можем просто сконденсировать его из воздуха, а в атмосфере Марса достаточно азота, чтобы мы могли превратить его в жидкость. Таким образом, астероидные или лунные города могут импортировать N2 с Марса. Обилие на Луне похоже на астероиды, но химические формы — более сложная тема, которая все еще может способствовать добыче на Луне, а я недостаточно знаю об этом.
Возможно, это просто общая неизвестность, я буду искать вокруг. Это полезная ссылка, но мне не приходило в голову, что данные об элементах могут включать такую ​​информацию.

Самые большие тела, которые мы могли бы безопасно использовать, выполняя их для создания внутреннего жилого пространства (как предшественник цилиндра О'Нила), были бы телами, гравитация которых слишком слаба, чтобы различать материалы и придавать телу сферическую форму. Сферическое тело подразумевает, что прочность материала астероида слишком слаба, чтобы выдержать массу материала над ним. В общем, все дифференцированные тела имеют сферическую форму, но необходимы оба критерия, поскольку дифференцированные тела можно разбить (как Веста) на более мелкие дифференцированные части.

Иными словами, Плутон и Церера, безусловно, слишком велики.

Веста и Паллада могут быть слишком большими.

Если вы хотите наложить дополнительное ограничение на желание вращать все тело для искусственной гравитации, то тело, которое вы должны искать, должно быть в основном металлическим (керамика/камни слабы при растяжении).

Это означает, что вы должны искать ядро ​​​​разрушенных планетоидов, тела, подобные Весте , но меньшего размера, были бы идеальными. Эта таблица измеренных плотностей астероидов указывает на то, что следующие астероиды могут быть особенно хорошими кандидатами:

'# Название Плотность Примечания к ошибкам
4 Веста 3,44 +/-0,12 Вероятно, слишком большая
20 Массалия 3,26 +/-0,60 145 км среднего диаметра
804 Испания 4,90 +/-3,90 145 км среднего диаметра, Огромные полосы ошибок плотности

Визуальное сравнение крупнейших астероидовСравнение крупнейших астероидов

Джим, сам процесс выдавливания (удаления материалов сердцевины) резко меняет распределение массы, и в зависимости от того, куда вы поместите эту массу, тело может выйти из гидростатического равновесия.
@TildalWave Верно, но помните, что несфероидальное тело все равно не находится в гидростатическом равновесии. Как упоминалось в первом ответе, кто-то, планирующий это сделать, на самом деле должен был бы вложить в проект много инженерных работ (уравновешивание веса, давления воздуха и силы вращения с прочностью материалов), а не просто основываться на паре абзацев. практическое правило". Но я думаю, что моя посылка верна - сферические тела слишком велики, некоторые несферические тела все еще слишком велики.
@TildalWave также один из великих фантастов, или, возможно, сам О'Нил предложил просверлить небольшую трубку через центр металлического астероида, заполнить ее водяным льдом, заварить концы, раскрутить ее, а затем нагреть эту штуку отраженным солнечным светом. до 2000+ F. Это должно вскипятить воду, создав давление наполнения, и смягчить никелевое железо достаточно, чтобы позволить ему расшириться. Таким образом, не так много раскопок требовалось.
Какое самое большое естественное тело, которое можно было бы выдолбить и в котором безопасно жить?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v