Лунная атмосфера

Мой инструмент

Я написал калькулятор атмосферы, основанный на тепловом (Побег Джина) с эмпирическими факторами выдумки, чтобы увеличить скорость потери атмосферы до уровня, близкого к тому, что мы наблюдаем в Солнечной системе. Он правильно предсказывает$N_2$атмосфера у Титана и нет атмосферы у спутников Юпитера.

Что я вижу

Этот калькулятор показывает период полураспада воды как ~$2 \cdot 10^5$лет в лунной атмосфере. Это дает период полураспада для$O_2$&$N_2$как ~$10^6$годы.

Некоторые предположения

Шкалы человеческого времени

Предположим, что человеческое поколение составляет 20 лет. Мы потеряли бы только ½ воды в атмосфере за 200 000 лет — это означает, что нетехнологическое общество могло бы пережить по крайней мере 10 000 человеческих поколений (т. е. 1 атмосферный период полураспада за$H_2O$) без пополнения лунной атмосферы.

Лунная атмосфера

Гравитация Луны составляет примерно 1/6 земной гравитации. Атмосферное давление создается как вес (масса * сила тяжести) столба воздуха над точкой измерения. Итак, для поддержания Земного атмосферного давления на поверхности Луны нам необходимо 6* массы газов над точкой наблюдения.

Площадь поверхности Луны составляет 7,5% от земной. Когда вы умножаете 6 на столб атмосферы * 7,5% площади поверхности — мы получаем 45% массы атмосферы Земли. 45% массы атмосферы Земли приходится на$2.35 \cdot 10^{18} kg$($2.35 \cdot 10^{15}$тонн) летучих веществ в правильном сочетании.

Для атмосферы нам понадобится:

• $N_2$-$1.8 \cdot 10^{18} kg$
• $O_2$-$0.5 \cdot 10^{18} kg$
• $H_2O$-$0.2 \cdot 10^{18} kg$
• Промежуточный итог -$2.5 \cdot 10^{18} kg$

Гидросфера Нам понадобится избыток воды для стоячих водоемов и ледяных шапок. Я оценю потребность в жидкой воде путем масштабирования массы океана Луны/Земли к отношению площади поверхности Луны/Земли.

• $H_2O$-$1.05 \cdot 10^{20} kg$
• Общий -$1.07 \cdot 10^{20} kg$(атмосфера + океан)

Давайте предположим, что наши газы не реагируют с поверхностью Луны (вероятно, это плохое предположение, но оно облегчает жизнь, поэтому я согласен с ним), поэтому нам не нужно жонглировать этими числами, основываясь на вероятных химических реакциях.

Препятствия

Поиск воды и кислорода в нашей Солнечной системе не вызовет проблем. Однако найти такое количество N2 может быть сложно.

спутник Сатурна Энцелад (около 240 км в диаметре и$1.08 \cdot 10^{20} kg$состоящей в основном из водной массы) обеспечит необходимую массу. Однако в нем не будет правильного соотношения элементов. Нам, вероятно, придется масштабироваться до чуть большей луны и «взломать» кучу воды, чтобы высвободить$O_2$в воздух. Мы могли бы использовать$H_2$в качестве топлива для перемещения Энцелада (или его замены), поэтому он столкнулся с Луной. я понятия не имею, что это такое$N_2$контент был бы, но ожидал бы, что он будет недостаточным.

Как бы это выглядело

Масштабная высота лунной атмосферы (при условии, что температура такая же, как у Земли) будет в 6 раз больше высоты земной атмосферы в 3,7 мили. Это означает, что высота будет более 22,2 миль. Ни у кого не было бы проблем с дыханием на любых Лунных горах.

Большая часть земли будет находиться на так называемой «темной стороне» Луны, обращенной в сторону от Земли. Большая часть области, обращенной к Земле, была бы гигантским океаном.

Аккуратные вещи

Летающий

Учитывая такую ​​плотность атмосферы и лунную гравитацию, у людей не должно возникнуть проблем с полетом, если они наденут специально изготовленные рукава-крылышки и будут махать руками.

Представьте себе особняки, расположенные на Лунных пиках. Физически здоровые люди навещали своих соседей, надевая крылья и летая на следующую вершину.

Хождение по воде

Люди могли бегать по водоемам, не попадая в них (поверхностное натяжение могло их удерживать).

Радиационная защита

Несмотря на отсутствие сильного магнитного поля, эта идея имеет дополнительное преимущество, заключающееся в обеспечении достаточной радиационной защиты. Дополнительная масса воздуха (в 6 раз больше массы Земли) означает, что колонисты хорошо защищены от радиации.

Забудь это. Стремясь получить земную атмосферу на Луне, вы собираетесь украсть и вложить всю атмосферу своей родной планеты и поместить ее туда :@. Однако дела по-прежнему идут не так хорошо. Большая часть атмосферы Луны будет украдена землей (да, она окажется там, откуда она началась!), а часть может быть унесена солнечным ветром в сторону Марса или Юпитера.

Если мы начнем с более тяжелых газов (С02 был бы очень хорошим началом), мы можем обернуть Луну слоем атмосферы, которая удерживается достаточно сильно (из-за ее высокой плотности), чтобы не рассеиваться на просторах космоса. Затем мы можем начать медленно добавлять другие газы и замечать еженедельный выброс. Если они прилипнут, можно ожидать, что вскоре там появится земная атмосфера. За исключением того, что лунная атмосфера будет состоять из 50% СО2, 25% азота и 25% кислорода.

Я хотел добавить еще более тяжелые газы, такие как хлор, но потом понял, что люди там не захотят, чтобы соляная кислота образовывалась в их глазах и легких :(

Прочтите роман Уила Маккарти «Раздавить Луну» , последний в его серии «Королевство Солнца», в котором Луна уменьшена до радиуса 1400 километров вместо нынешних 3500 километров (с использованием очень продвинутой гравитационной инженерии), что придает ей поверхность. гравитация 1 г, так что он становится более подходящей перспективой для долгосрочного проживания. Трудно, но, вероятно, не сложнее, чем покрыть всю Луну куполами, и вы также получите лучшую поверхностную гравитацию (хотя и гораздо меньшую площадь поверхности).

Отредактировано для добавления : я забыл упомянуть, что уменьшение Луны также увеличивает продолжительность дня, около 120 часов (пять дней), а не 28 дней в настоящее время.

Купола

Это не то чтобы разумно, но разумнее, чем постоянное пополнение атмосферы из-за того, что постоянное пополнение атмосферы будет стоить очень дорого, и стоить много навсегда.

Купола — более разумный путь: не в последнюю очередь потому, что вы можете жить в куполах, продолжая расширяться. Это не все или ничего, как добавление атмосферы. Первоначальные купола будут стоить дорого, но как только они будут возведены, вам не нужно будет так сильно беспокоиться об атмосфере. Я предполагаю, что для доставки воздуха на Луну используются технологии современного уровня, так что вам все еще есть о чем беспокоиться, но это не так много, как если бы вам приходилось постоянно сбрасывать воздух, чтобы поддерживать давление воздуха на приемлемом для жизни уровне. уровни (хотя вы могли бы сделать что-то с газовыми смесями, чтобы держать всех подальше от зоны смерти на некоторое время дольше).

Другое преимущество куполов заключается в том, что вы можете использовать другие формы защиты. Вы отметили точечную защиту от микрометеоров: но с куполом можно вообще начать игнорировать небольшие угрозы. Вы также можете встроить солнцезащитный экран или добавить клетку Фарадея и генераторы электромагнитного поля, чтобы ваши обитатели не были приготовлены различными другими звездными излучениями, которые продолжают очищать поверхность. Еще раз: не нужно сразу придумывать полную защиту от лунного излучения: нужно просто экранировать купола, которыми пользуются люди.

Другие преимущества включают в себя возможность закрывать купола, которые вы больше не используете, для сохранения/восстановления атмосферы и энергии, возможность изолировать секции в случае катастрофы или болезни и иметь полный контроль над климатом. О, и я упоминал, что, поскольку у вас жесткий потолок, вам нужно меньше атмосферы, чтобы поддерживать идеальное давление в первую очередь?

Учитывая все обстоятельства, я не могу придумать причину, по которой цивилизация, способная сбрасывать на Луну достаточно атмосферы, чтобы сделать ее пригодной для жизни, не строила бы вместо этого купола.

Купольные кратеры

Вместо того, чтобы пытаться сделать купол всей Луны, подумайте о том, чтобы сделать купол только кратеров. Начните с малого и продвигайтесь к большим кратерам по мере накопления опыта в этом процессе.

Это дало дополнительные преимущества, как описано ниже.

Радиационная защита

Поверхность Луны представляет собой суровую среду. Уровни радиации выше, чем на Земле, и во время определенных солнечных явлений они становятся смертельными. Любая лунная колония потребует защиты от радиации. Большинство людей представляют себе это как зарываться под лунные скалы и жить в туннелях. Однако есть альтернатива.

Купол лунных кратеров и поместить массу, эквивалентную толщине земной атмосферы, в купол для защиты от радиации. Оказывается, 32-футовый столб воды обеспечивает такую ​​же массу (и защиту от радиации), как и атмосфера Земли.

Структуры

Поместите эту воду между сэндвичем из прочного, но прозрачного пластика (возможно, в форме сот). Общий вес купола меньше атмосферного давления под ним, пытающегося его сдуть. Так что ваш купол будет на растяжение (а не на сжатие).

У вас по-прежнему есть доступ к внутренней части Луны через туннели, которые вы прокладываете в стенах кратера, но таким образом у лунных колонистов будут зеленые насаждения, где они смогут наслаждаться солнечным светом, не опасаясь поджарить свои гонады.