Вам не нужна магнитосфера

Теория

Касс и Юнг, 1995 г., имеют одну из самых высоких оценок атмосферного распыления (удаление газов из атмосферы за счет взаимодействия с солнечным ветром) с Марса. Их работа связана с потерей кислорода с Марса. Для всех источников кислорода (двухатомных, двуокиси углерода и воды) скорость потери твердых частиц на молодом Марсе с толстой атмосферой оценивается примерно в$4\times10^{28}$частицы. Умножая на массу каждой частицы, получается около 1500 кг атмосферы в секунду.

Может показаться, что это много, но на самом деле это не так. Допустим, ваша планета имеет атмосферу в 1/10 массы Земли (если она меньше и тоньше). Тогда атмосфера примерно$5\times10^{17}$кг. Чтобы удалить 1% этой более тонкой атмосферы (или$5\times10^{15}$кг) при скорости 1500 кг/с потребовалось бы 100 000 лет.

Конечно, в масштабах времени планет это большое дело. Но для людей? Не так много. Если у вас есть возможность добавить целую атмосферу за несколько столетий, конечно, нетрудно заменять 1% вашей атмосферы каждую тысячу веков.

Заявление

Это легко. Вот Титан , спутник Сатурна. Титан — единственный известный спутник со значительной атмосферой (наверняка представляет интерес для потенциального лунного колонизатора). У него также нет магнитосферы, а его родительская планета Сатурн не обладает таким магнитным потенциалом, как Юпитер. Наконец, он также крошечный; его масса составляет 2,3% от земной, а гравитация на поверхности - 14% от земной.

Тем не менее, у него плотная азотная атмосфера с массой в 1,2 раза больше, чем у Земли. Конечно, на Титане меньше солнечного ветра, чем на Земле, но, тем не менее, он поддерживает плотную атмосферу в течение миллиардов лет после своего создания, обладая лишь небольшой частью гравитации на поверхности Земли.

Что касается солнечного ветра, Венера тоже здесь. Он ближе к солнцу и получает больше солнечного ветра. Несмотря на отсутствие магнитосферы, у него все еще есть сверхплотная атмосфера из углекислого газа, почти в 100 раз более массивная, чем у Земли.

Вывод

В худшем случае вам придется тратить время и деньги на восстановление атмосферы каждые несколько тысячелетий. В лучшем случае вы обнаружите одну из множества причин, по которым атмосфера защищена; т.е. что бы это ни было, что защищает атмосферу Венеры и Титана.

Я не сомневаюсь, что атмосфера вашей луны без магнитосферы будет удалена в течение геологического времени (несколько миллиардов лет), но ваше солнце также расширится до красного гиганта за аналогичный промежуток времени, так что давайте сначала побеспокоимся о самом главном.

Вам может быть интересна эта статья, которая посвящена усилению собственной магнитосферы Земли, но, очевидно, может быть применена к любому другому небесному телу.

В нем много информации, и его рекомендуется прочитать; вот исполнительное резюме (для интересующей части):

• строить магнитосферу для планеты, помещая магниты на саму планету, неэффективно.
• для защиты планеты от солнечного ветра/вспышек может быть достаточно меньшего экрана в L1 (точка Лагранжа 1, представляющая собой нестабильную орбиту между солнцем и планетой).
• Щит должен удерживаться активными (ионными?) двигателями из-за нестабильности; необходимый толчок очень низкий.
• Щит должен иметь уровень заряда магнитного поля от 1 до 2 тесла в зависимости от желаемого покрытия.
• Энергия для поддержания щита может извлекаться напрямую через солнечные батареи (нет необходимости в автономных генераторах).

Это исследование было адаптировано НАСА для предложения по марсианскому щиту .

В Вашем случае наличие щита в L1 спутника, конечно, не помогло бы, поэтому он должен быть в L1 планеты и достаточно большим, чтобы защитить газового гиганта и тела, вращающиеся вокруг него.

Возможно, потребуется усилить магнитное поле, чтобы покрыть большую площадь, но если это то, что НАСА действительно оценивает сейчас , это должно быть несложно для любой расы, способной строить космические корабли.

Science.nasa.gov:

«Магнитосфера Земли является частью динамической взаимосвязанной системы, которая реагирует на солнечные, планетарные и межзвездные условия. Она создается конвективным движением заряженного расплавленного железа глубоко под поверхностью во внешнем ядре Земли».

Так что теоретически, чтобы иметь магнитосферу, нужно огромное количество заряженного расплавленного железа. Обычно это невозможно произвести, потому что количество железа находится в планетарном масштабе, его трудно получить, как и в вашей ситуации, для добычи ядра на других планетах и ​​лунах в Солнечной системе потребовалось бы слишком много ресурсов.

Однако, если мы говорим о полностью автоматизированной и роботизированной добыче, теоретически они могли бы добывать железо на астероидах, при условии, что в системе достаточно астероидов, богатых железом, рассматриваемые количества все еще очень велики и потребовали бы шахты к ядру планеты. , что на данном технологическом уровне было бы немного сложно.

В качестве альтернативы, если у них есть энергия вакуума, можно было бы использовать чрезвычайно сильный электромагнит на поверхности или в центре планеты. Энергия вакуума, однако, опять-таки может быть немного вне технологической досягаемости наших колонистов, и если бы она находилась на поверхности планеты, она серьезно мешала бы любому неэкранированному электронному оборудованию.

Так что, на самом деле, для небольшой группы ученых с описанным уровнем технологий было бы чертовски сложно совершить такой подвиг. Более развитой цивилизации потребуются годы, чтобы собрать необходимое железо и создать условия для создания магнитосферы. Без значительно более продвинутых технологий или ресурсов целой цивилизации, боюсь, вам придется искать новую планету или просто защищать свое убежище от радиации. Вероятно, это было бы намного проще, чем создание магнитосферы.

С другой стороны, сегодня мы уже обсуждаем магнитосферу Марса, и некоторую информацию можно найти здесь: https://www.hou.usra.edu/meetings/V2050/pdf/8250.pdf .