Надеюсь, это не слишком широко.
Я хотел бы планету, похожую на Землю, для ноябрьского NaNoWriMo , просто огромную, но правдоподобную.
Затем я начал вникать в материальный состав, близость к звезде, пытаясь добиться нужной плотности — ну, вы поняли идею.
Я пытаюсь иметь радиус в 10 раз больше нашей нынешней Земли, но с такой же гравитацией (тьфу) и, по крайней мере, с похожим климатом и поверхностными условиями; Мне не нужно, чтобы на этой планете была жизнь, но нам важны минералы и жидкая вода. Не совсем планета размером с Юпитер, но намного больше нашей. Другие факторы могут быть изменены.
Поскольку вы хотите, чтобы температура и климат были такими же, как на Земле, ваша новая планета должна находиться примерно на том же расстоянии от своего солнца, что и Земля, если предположить, что обе солнечные системы имеют солнца одинакового размера.
Чтобы ваша планета имела времена года и была похожа по климату на Землю, ей нужен был бы такой же осевой наклон , который отвечает за земные времена года. Наклон оси Земли составляет около градусов, ваша планета должна быть одинаковой для аналогичных времен года.
Вашей планете также потребуется одинаковая продолжительность светового дня, чтобы каждая ее часть получала одинаковое тепло от солнца в день. Если бы день был длиннее, ваша планета могла бы стать немного похожей на пустыню, с очень жарким днем и ледяной ночью. Это звучит не многообещающе для жизни.
Однако, чтобы массивная планета имела 24-часовой день, поверхность должна двигаться намного, намного быстрее, чем Земля:
Диаметр Земли км, поэтому имеет радиус км.
Радиус вашей новой планеты в 10 раз больше, поэтому км. Это означает, что ваша планета имеет окружность км, что примерно равно км.
Чтобы на вашей планете был час дня, поверхность должна была бы вращаться со скоростью км/ч, об км/ч, что довольно быстро. (Вращение Земли всего км/ч.)
Ваша планета будет вращаться примерно
что чертовски быстро!
Честно говоря, я наполовину надеялся, что скорость вращения этой планеты может быть ближе к скорости Юпитера. км/ч, чтобы я мог говорить об экстремальных погодных условиях и таких явлениях, как Большое Красное Пятно .
По-видимому, ваша планета не будет подвержена ничему столь же мощному, как ураганы Юпитера, но скорость вращения вашей планеты определенно достаточно высока, чтобы увеличить силу любого из ее штормов и, следовательно, вызванные ими разрушения.
Кроме того, вращение вашей планеты все еще достаточно медленное, чтобы привести к подобным погодным системам, как на Земле, где ветры ограничены одним полушарием, и станут возможными струйные течения, которые помогут регулировать климат вашей планеты и поддерживать его в большем соответствии с земным.
Тем не менее, нам еще предстоит столкнуться с самой большой проблемой, связанной с массивной планетой: сохранением гравитации, близкой к земной.
Это почти невозможно, как мы увидим после того, как рассчитаем, какая плотность потребуется нашей планете:
Плотность Земли кг/м 3 , а его объем м 3 .
Радиус вашей планеты в 10 раз больше, поэтому ее объем должен быть в 10 3 раза больше. Это означает, что объем вашей планеты м 3 .
Обычно, чтобы два объекта имели одинаковую гравитацию, их массы должны быть одинаковыми, но закон обратных квадратов также утверждает, что гравитационное притяжение обратно пропорционально квадрату расстояния между двумя объектами.
Поскольку ваша планета в 10 раз больше, любой человек на поверхности будет в 10 раз дальше от ее центра, чем от центра Земли на ее поверхности. Используя это равенство, мы можем вычислить необходимую массу вашей планеты:
Где представляет собой ускорение свободного падения ( ), гравитационная постоянная ( 6,673×10 -11 Н·(м/кг) 2 ), масса нашей планеты и радиус нашей планеты.Теперь мы можем переставить и решить для :
Таким образом, масса нашей планеты должна быть примерно кг, что выглядит примерно так; масса Земли составляет около кг, и при той же гравитации мы ожидаем, что наша планета будет в 100 раз тяжелее, что и есть! Конечно, мы страдаем неточностями округления, но пока все хорошо.
Теперь мы можем рассчитать целевую плотность нашей планеты, используя равенство, которое
куда представляет плотность, масса и громкости, мы видим, что:следовательно, плотность планеты должна быть кг/м 3 , если вы хотите такое же притяжение под действием силы тяжести.
Сатурн — планета с наименьшей плотностью в нашей Солнечной системе с плотностью кг/м 3 . Однако Сатурн — газовый гигант, состоящий в основном из водорода и гелия: удачи в добыче полезных ископаемых в облаке водорода!
Таким образом, должно быть совершенно очевидно, что вы никогда не сможете получить точно такую же поверхностную гравитацию, как на Земле, но фауна сможет существовать в других гравитационных условиях, и, более того, более высокая гравитация означает большее давление, что означает, что минералы будут образовываться с большей готовностью!
Там могут быть некоторые особые минералы, которые образуются только в коре этой планеты из-за ее сильной гравитации, что делает планету более ценной!
Однако для того, чтобы люди могли приземлиться на этой планете, будет почти невозможно достаточно ослабить гравитацию (вы думали об использовании экзоскелетов для пилотируемых миссий на этой планете?); планета должна быть как можно более разреженной.
Если бы ваша планета почти полностью состояла из какого-то действительно пористого везикулярного камня , почти как губка, плотность определенно бы снизилась.
Тот же процесс, который формирует такую скалу, может также создавать массивные воздушные карманы, создавая кавернозную планету с множеством подземных туннелей и пещер такого же масштаба, как Эребор!
Кора планеты должна быть максимально толстой, потому что расплавленная мантия и твердое ядро были бы более плотными, чем эта обширная пещеристая кора. Эта кора также нуждалась бы в постоянном обновлении, чтобы обрушения не увеличивали плотность, и чтобы она оставалась, опять же, более похожей на землю.
Однако тектоническая активность должна быть минимальной, чтобы предотвратить образование метаморфических и более плотных магматических пород, поэтому вулканы будут необходимы для постоянного омоложения поверхности. Подземные потоки лавы могут быть обычным явлением там, где она еще достаточно горячая, чтобы лава медленно остывает, превращаясь в какую-нибудь пористую скалу. Подумайте о том, как здорово это могло бы быть; массивная подземная пещерная система, где магма просачивается сквозь полы, образуя лужи огненной лавы!
Единственное, что мы не можем изменить, — это наличие твердого, плотного ядра; это потому, что ядро из никеля / железа необходимо для магнитного поля, которое защитило бы планету , как Земля.
Геомагнитное поле защитило бы планету от солнечных ветров, тем самым сохранив атмосферу и озоновый слой, защитив жителей от радиации, которая в противном случае была бы вредной. Кроме того, атмосфера, как правило, полезна, если вы хотите, чтобы на планете жила жизнь!
На самом деле мы можем рассчитать плотность и, следовательно, ускорение под действием силы тяжести нашей планеты:
Конечно, наша планета, обладающая расплавленной мантией, жидкими морями и твердым ядром, скорее всего, будет чуть более плотной, чем Пемза (везикулярная порода), но давайте просто скажем, что Пемза — самая распространенная горная порода на нашей планете, и все остальное имеет аналогичную плотность.
Плотность пемзы составляет , так что плотность нашей планеты тоже будет около .
Объем нашей планеты , о м 3 .
Теперь, используя предполагаемую плотность и объем нашей планеты, мы можем подставить значения в наше уравнение плотности:
Переставляя, получаемчто примерно равно кг. Наша планета довольно тяжелая!Используя это уравнение (то же, что и раньше)
мы можем решить для , гравитационное ускорение планеты:что примерно .
Подожди, только ? Это просто Земли! Мне повезло!
Ну, нет, не совсем, если только вы не внесете некоторые другие изменения: фактическая плотность вашей планеты будет намного выше, так как большая часть планеты, вероятно, будет состоять из магмы (плотность: кг/м 3 ), и, если планета похожа на Землю, большая часть поверхности должна быть покрыта водой (плотность: кг/м 3 ); средняя плотность планеты, очевидно, была бы выше плотности Пемзы. кг/м 3 .
Однако, если вы обнаружите какой-то способ ограничения плотности магмы на вашей планете, это больше не будет препятствием для вашей цели 1 Земля!
Возможно, магма наполнена воздухом, подумайте о газированной воде , подобный процесс мог захватить и сжать воздух внутри магмы вашей планеты.
Эта идея также делает поверхность, состоящую только из везикулярных пород, более вероятной, поскольку, когда лава высвобождается через трещины в земной коре (вспомните вулканы и т. д.), захваченный воздух внутри лавы будет расширяться, создавая пузырьки воздуха. Это похоже на изгибы при всплытии после глубокого погружения: когда давление сбрасывается, сжатый азот в крови быстро расширяется в пузырьки.
И мои показатели плотности магмы основывались на базальте; везикулярная лава будет иметь меньшую плотность.
В любом случае, эта идея с экзоскелетом все еще кажется мне довольно крутой.
Основные числа
Как это случилось (и @TimB) указал, что у нас есть планета, которая почти соответствует вашему предварительному описанию - Сатурн.
Статистика Сатурна
Диаметр ~ 10 Земель Масса ~ 90 земных Плотность ~ 620 кг/м^3 - 6/10 плотности воды) Гравитация (в области давления 1 атм) ~ 1,07 Температура (в области давления 1 атм) ~ 134 K -> -139 C -> -165 F
Чтобы иметь большую планету с низкой гравитацией, нужна низкая плотность. Сатурн имеет самую низкую плотность среди всех планет Солнечной системы. Для этого он должен был быть почти полностью сделан из водорода. Это означает, что вам придется летать, чтобы жить на этой планете.
Вы бы не встретили ни минералов, ни металлов, ни жидкостей, ни жидких тел. Чтобы не быть раздавленным в глубинах атмосферы, вам нужно будет летать, чтобы выжить в атмосфере Сатурна.
Добавление вращения
Вращающиеся тела фактически создают кажущуюся гравитацию, которая меняется в зависимости от широты , примером чего является Земля. На Земле это поле изменяется примерно на 0,3% (~0,029 м/с) из-за внешнего центростремительного ускорения и на 0,2% (~0,020 м/с) из-за разницы полюса и экваториального радиуса. Мы можем использовать этот принцип, чтобы представить планету, которая соответствует вашим потребностям.
Юпитер вращается со скоростью 1 оборот за 10 часов. Его экватор примерно на 7% больше, чем его полярная окружность.
Планеты становятся нестабильными и распадаются на части через 2-3 часа за один оборот. Примерно при такой скорости вращения планета достигает 100% сжатия (экватор в два раза длиннее полярной окружности). Первобытная Земля, вероятно, имела такой вид вскоре после столкновения с Теей .
Ускорение силы тяжести
Центростремительное ускорение за счет вращения
Полное ускорение равно ускорению свободного падения за вычетом центростремительного ускорения:
м
Решите для массы планеты
Подставьте числа
Если вы аппроксимируете объем сплюснутого сфероида как
то при соотношении окружности экватора и полюса 2:1 это тело будет иметь около раз превышает объем Земли. Это придает этому телу плотность
Это число в 3,5 раза больше плотности Сатурна (вверху) и почти вдвое больше плотности Юпитера. Эта планета будет состоять из газообразного водорода, воды и каменного и железного ядра. Маловероятно, чтобы они обладали твердой поверхностью в условиях, когда к ним могли бы получить доступ жители. Возможно, такая планета могла бы иметь жидкую поверхность и казалась бы просто гигантской каплей воды массой Юпитера.
Другие интересные факты
Давайте сравним ускорение под действием силы тяжести и центростремительного движения:
Центростремительное ускорение помогает, однако увеличение экваториального радиуса помогает гораздо больше.
это 16,6 на полюсах пока чувствуешь только 1 на экваторе. В грубом приближении ваше расстояние между экватором и полюсом зависит от синуса широты следующим образом:
Другая справочная информация
Если у вас есть время и интерес, это видео:
Удивительное состояние Земли после гигантского удара, образовавшего Луну
предоставляет много информации о планетарных телах с высокой скоростью вращения, о том, как они становятся такими, о некоторых симуляциях и другой информации, имеющей отношение к вашим интересам. Он длится около 1 часа, но мне он очень понравился и показался очень информативным.
Позвольте мне сказать это прямо с самого начала: вы не можете получить радиуса мира, чтобы быть обитаемым чем-либо, напоминающим людей.
Прежде чем отчаиваться, напомню, что поверхность планеты увеличивается пропорционально квадрату радиуса, а Земля и так огромна: 510 миллионов квадратных километров. Таким образом, при удвоении радиуса получается 2,04 миллиарда квадратных километров, а при увеличении радиуса в три раза — 4,5 миллиарда квадратных километров, что почти в 10 раз больше!
Представьте, насколько другой была бы история, если бы Земля была такой большой. Большая площадь поверхности может означать более медленные дни с более длинными ночами или, возможно, более быстрое орбитальное вращение. Ужас ночи будет длиться, или бури могут быть более сильными, чем все, что мы знаем здесь, на Земле. Огромные океаны будут регулировать и смягчать климат в большей степени, чем на Земле, с их огромной теплоемкостью, в то время как волны могут подниматься над океанскими просторами до поистине поразительной высоты (100 м и более). Сама атмосфера, вероятно, была бы глубже и плотнее и, учитывая большую планетарную массу, удерживала бы больше первичных газов.
Так как же получить такую вещь? Наиболее вероятным процессом было бы начать с хтонической планеты , отдалить ее от звезды и восстановить часть атмосферы за счет комет и извержений.
Для температуры и подобных требований вам просто нужно находиться на орбите примерно на таком же расстоянии от звезды.
Сложность здесь заключается в гравитации, чтобы иметь в 10 раз больший радиус, вам либо нужно сделать планету из чего-то гораздо менее плотного, чем земля (что маловероятно), либо вам нужно вращать планету очень быстро.
Если вы повернете планету, то она расплющится и примет форму диска, но экватор может быть в десять раз больше земного по радиусу, и вы все равно сможете получить гравитационные силы земного уровня повсюду на планете.
Планета будет той же «высоты» (от полюса до полюса), что и Земля, но намного шире.
Вы получите очень сильные погодные эффекты и эффекты Кориолиса, но кажущаяся гравитация будет в порядке.
Проигнорируйте немного науки.
На самом деле, такие большие миры имеют большую гравитацию, чем Земля. Все вещи, которые имеют площадь поверхности во много раз больше, чем Земля, являются твердыми и имеют одинаковую гравитацию, не встречаются в природе и часто имеют значительные структурные дефекты, требующие строительства унобтаиума, чтобы оставаться цельными. Все это не означает, что вы не можете написать отличную историю, происходящую на одном из них. « Мир -кольцо » Нивена — одна из таких историй, которая происходит о чем-то, чего, вероятно, не могло бы существовать, и полагается на какие-то унобтаниевые провода, чтобы скреплять вещи, но до сих пор широко пользуется популярностью и восхищением.
Ваша история, например, может происходить в пустом мире. Полый мир вполне может соответствовать всем критериям, которые вы хотите, при условии, что вы игнорируете тот факт, что полые миры не могут формироваться. Вы можете объяснить это словами «инопланетяне сделали это с помощью сверхсовременных технологий» или «волшебства», в зависимости от того, какую историю вы пытаетесь рассказать. Если вы действительно настроены творчески: инопланетяне создали его с помощью магии. С другой стороны, вам не нужно объяснять это вообще. Вы можете получать удовольствие от написания об этом, а другие могут получать удовольствие от чтения, не зная точно, почему и почему мир пуст.
Удачи писать!
Настоящий SFN-способ сделать это — просто «замостить» Сатурн. «Сверхземной терраформированный мир Сатурна», по сути, имеет атмосферу Сатурна, покрытую некоторым материалом, который обеспечивает прочный «пол» для людей, чтобы шлифовать и работать, поддерживать здания и так далее.
Такие материалы, как графен или «ткань», сотканная из фуллериновых кабелей, обеспечат высокое соотношение прочности и веса, необходимое для того, чтобы сделать это правдоподобным, и хотя это может показаться немного похожим на стояние и работу на батуте, реальность такова, что структура будет такой огромной. что большая часть сгибаний будет демпфирована, и мы с вами почти ничего не почувствуем.
Теперь на вопросы атмосферы и климата будет сложнее ответить. Атмосфера, безусловно, может быть добавлена к внешней стороне надземного мира Сатурна, импортируя материалы со многих спутников Сатурна и импортируя дополнительный азот с далеких спутников Нептуна и тел из пояса Койпера (если вы можете покрыть Сатурн, вы можете легко импортировать материалы из глубокого космоса), а также океаны и почву для поддержки любых видов биосфер, которые вы пожелаете. Поскольку вы находитесь так далеко от Солнца, на орбите потребуется система зеркал, обеспечивающая дополнительное освещение.
Погода и климат будут сильно отличаться от земных просто из-за эффекта масштаба, а также будет множество переменных, основанных на том, как вы составляете атмосферу, процентном соотношении суши и океана, который вы решите создать, и деталей того, как и где взводы зеркал обращаются по орбите и освещают планету, так что будет много маханий руками, которые можно сделать, чтобы удовлетворить ваши потребности как рассказчика. Я ожидаю, что ранний период, когда добавляются атмосфера и биологические вещества, будет отмечен резкими разрывами, поскольку равновесие устанавливается, а затем нарушается, поэтому люди, живущие там, могут не останавливаться на сверхмирской мировой единице на более поздних этапах процесса строительства и посева. .
Активное перемещение Сатурна на более близкую орбиту вокруг Солнца также возможно, но необходимое количество времени и энергии является «астрономическим». Если бы достаточное количество астероидов, комет или тел подобного размера можно было бы отправить по петлеобразным орбитам из пояса Круипера, чтобы они прошли мимо Сатурна, планета могла бы передать часть своей орбитальной энергии этим телам (ускоряя их и выбрасывая из Солнечной системы). ) и постепенно переходят на более тесную орбиту вокруг Солнца. Это потребует тщательного планирования, так как эти тела могут столкнуться с планетами или космическими кораблями во внешней системе, а по мере приближения Сатурна к орбите Юпитера могут возникнуть неожиданные эффекты гравитационных взаимодействий, резонансных орбит между Сатурном и поясом астероидов и даже внутренним пространством. планеты. Может быть, лучше придерживаться зеркал.
Так что, возможно, наши потомки в 2500 году нашей эры могут начать проект такого масштаба, для этого, безусловно, потребуется огромное количество ресурсов и способность контролировать огромное количество материи и энергии.
Интересной идеей была бы полая планета... В старом эпизоде "Доктора Кто" есть довольно крутой сюжет, где злодеи управляют гигантским пиратским кораблём, который является полым и может добывать другие планеты, телепортируясь вокруг них.
Планеты не становятся намного больше Юпитера: добавьте больше массы, и они станут пропорционально плотнее, сохраняя тот же радиус на всем пути до территории коричневых карликов.
Юпитер составляет 11 земных радиусов, но всего 320 земных масс. 10× в поперечнике означает 1000× массу.
Так почему ты не можешь собрать столько камней? Судя по тому образцу, который у нас есть до сих пор, обычное планетарное образование, похоже, этого не делает. Но Вселенная велика, что делает невероятные вещи вероятными где- то . Вам нужен способ собирать камни , не превращая в снежный ком весь лед и газ, как только они станут значительными. Скалистые планеты формируются внутри «линии льда», но у них заканчивается материал.
Вот несколько случайных идей: очень большое и пыльное исходное облако образует размытый гипергигант и имеет гораздо больше «поблизости» внутри линии мороза. Кроме того, как только звезда загорелась, она ионизировалась и сдула оставшийся газ , оставив вокруг себя пыль. Больше пыли поступает из дальних регионов, которые обеспокоены другими мигрирующими планетами, и отбрасывает половину ее внутрь.
Слияние внутренних каменистых планет не приводит к тому, что звезда поглощает ее, но это близко: она выброшена из системы и захвачена другой звездой в том же питомнике до того, как скопление рассеется, так что это не слишком возмутительно, чтобы быть захвачены и не остаются изгоями.
Приливные силы близкого сближения могут сорвать газ и лед, оставив еще более чистую породу, которую можно досыпать после прибытия к новой звезде.
У вас может быть иерархическая двойная система с экзотическими элементами, вроде нейтронной звезды. Есть планеты-пульсары... откуда они взялись? Может быть, реформировались после взрыва сверхновой или хтонических процессов. Из-за долговременной нестабильности и прошлых близких сближений двойных солнц с экзотикой двойных планет планеты могут легко перетасоваться.
Планета-пульсар объединяется с обычной земной планетой и ледяными телами, образуя внешнее каменное покрытие, и заменяет земную планету вокруг солнцеподобной звезды.
Устройства правдоподобия:
Это уравнение поможет вам понять, почему Земля не может быть намного больше, чем сейчас, и все же позволить жизни остаться в живых. Верхний предел составляет около 7000 км в радиусе, но даже это может быть слишком большим, поскольку поверхностная гравитация слишком сильно сжимает атмосферу и поднимает температуру поверхности выше 150 F. Уравнение плотности каменистой планеты:
Плотность = (1+Pi) x 10^-1 * R^3 + (1+sqrt 2) x 10^-1 * R + 2900 кг/м^3.
Наилучшее соответствие: R = 6372,4567 км, дающее g = 9,815 м/с^2 силы тяжести на поверхности. Радиус 7000 км создает поверхностную гравитацию 1,19822 g.
Все просто, за исключением создания гигантской планеты с такой же гравитацией, как у Земли... так что добавьте немного унобтаниума, что удобно объясняет, почему минералы планеты являются таким ценным ресурсом.
Возможно, внутри планеты есть запас негативной материи . Это не антиматерия, а гипотетическая форма экзотической материи с отрицательной гравитацией, которая отталкивает массу, а не притягивает ее. Такой материал необходим для стабильных червоточин и одного возможного сверхсветового варп-двигателя , поэтому, если они существуют в вашей вселенной, я бы предположил, что отрицательная материя также существует и, кроме того, очень ценна.
Нет известных частиц с отрицательной массой, но они теоретически возможны в соответствии с текущим пониманием физики.
Ваша планета должна была бы состоять почти ровно наполовину из обычной материи и наполовину из отрицательной материи, а обычного вещества было бы больше, чем на Земле. Однако он должен быть достаточно стабильным; отрицательная материя по-прежнему притягивается нормальной гравитацией, поэтому вам не нужно беспокоиться о самопроизвольном взрыве планеты или о том, что отрицательные кристаллы упадут в небо, как только они будут добыты.
Магнетизм «сильнее» гравитации, верно?
Так что насчет искусственной планеты со слоями намагниченного железа, контролируемого нанитами (в сочетании с своего рода силовым полем), которая содержит более толстые слои породы, многие из которых содержат воздух и воду? Планета разделена подобно луковице или сферическому небоскребу, на многих слоях есть жизнь, возможно, с разных планет. Тщательное использование наномашин — вот как изначально создавались намагниченные мегаструктуры.
Дэн Смолинске
Майки
Сербан Танаса
Майки
только густи
неидеальный