Каков минимальный набор физических характеристик, чтобы определить планету, похожую на Землю?

Вступление

У меня есть смутное представление о создании какой-то стратегической космической игры. Как и в других стратегических играх, локациям присваивается значение на основе некоторой абстрактной оценки. Следуя в том же духе, я хотел бы присвоить ценность планетам на основе ряда факторов, включая колонизацию.

Если вы чувствуете, что на этот конкретный вопрос можно ответить двумя (или более) способами в зависимости от того, что я подразумеваю под «похожим на Землю» , тогда для этого вопроса предположим, что я имею в виду для целей человеческого жилья. Если вы можете легко ввести другие меры ценности, не стесняйтесь делать это, но не забудьте определить, чем эта ценность отличается от той, что используется для колонизации.

Параметр

Люди придумали какой-то механизм для путешествий к другим звездным системам. Когда мы добираемся до этих новых пунктов назначения, мы хотим оценить «ценность» планет. Одним из оснований для этой оценки будет простота колонизации (насколько легко пересадить людей и человеческую жизнь на планету) и потенциал (какова общая численность населения, которую, вероятно, сможет поддерживать эта планета).

Вероятные меры

Меры, которые, как мне кажется, могут иметь решающее значение:

  • Поверхностная гравитация (выше 1 г хуже, чем ниже 1 г)
  • Поверхностное давление (выше, чем STP, хуже, чем ниже, чем STP)
  • Температура поверхности (выше, чем STP, хуже, чем ниже, чем STP)
  • Поверхностная радиация (высокая плохая, низкая хорошая)

Конечно, согласование атмосферы с тем, что нам нужно, было бы хорошо, но в качестве стартовой планеты, которую мы можем терраформировать, мы могли бы начать с планеты с нормальным земным атмосферным давлением. Людям просто потребуются кислородные маски, если атмосфера не будет агрессивной или токсичной.

Можете ли вы назвать какие-либо другие критерии оценки?

Рассматривал ли уже этот вопрос какой-либо другой научный орган? Если да, то что они думали?

Также мне нравится оригинальная RPG Traveller . У него была шестнадцатеричная оценка планеты, основанная на множестве факторов (гравитация, температура, давление, радиация и т. д.) , но эта оценка лучше работает со скалярным значением, таким как давление, чем с чем-то столь же разнообразным, как атмосфера.

Оригинальные книги путешественников

Я думал сделать что-то вроде шкалы «линия снега» для моей линейной шкалы, а затем какой-нибудь другой маркер, если состав атмосферы отклоняется от нормы.

Снежная линия - схема состава планет
Снежная линия - схема состава планет

У меня недостаточно информации для полного ответа, но что касается вашего последнего вопроса, то да, он уже рассматривался. Пример индекса сходства с Землей, в основном основанного на поверхностной гравитации и температуре поверхности, см.: phl.upr.edu/projects/earth-similarity-index-esi .
Вы должны представить это как ответ. Я по крайней мере проголосую за это!
Отличная работа над формулой. Хотя я бы взвешивал по-другому. Меня не волнуют размер, плотность и т. д., пока гравитация на поверхности достаточно близка. И даже гравитация на поверхности не так важна, если вы находитесь в относительно широком диапазоне. Это становится очень важным, если вы выходите слишком далеко за пределы диапазона.
Я подумал, что это было недостаточно хорошо рассмотрено, чтобы быть опубликованным в качестве ответа, в основном я просто гуглил в течение 20 секунд и разместил ссылку :) Но я опубликую очень короткий ответ относительно отсутствующих критериев оценки.
Хотя формула мне нравится. Даже если я не согласен с их взвешиванием и затем отбрасываю их, я могу использовать его, чтобы назначить свои собственные веса и посмотреть, что получится.
Теперь, как называется функция в начале (выглядит как гигантский π условное обозначение?). Я не знаком с этим.
Π на самом деле является греческой буквой пи, хотя и в верхнем регистре, поэтому она выглядит немного по-другому, хотя и достаточно похожа, чтобы вы могли правильно понять ее, когда угадывали. Однако он сильно отличается от π в математике и используется как оператор произведения. То, как это выражено в этом конкретном уравнении, означает, что это оператор для декартовых произведений, о котором я даже не слышал до 2 минут назад. Ты учишься, пока живешь, верно? :)
Я всегда видел, как заглавная (и большая) пи используется так же, как и сигма, увеличенная заглавной буквой, но означает умножение их вместе вместо суммирования.
В этом случае (индекс сходства с землей-esi/ESI%20Equation.png) абсолютное значение разницы над суммой является распространенным способом масштабирования значения для учета нулевой точки. То же самое появляется в нижней части этой страницы , что легко увидеть: контраст темных и светлых полос. 1-минус инвертирует его, поэтому 1 соответствует, а приближение к 0 не соответствует. Затем возведите в степень, чтобы взвесить этот фактор. Обратная степень n связана с Pi, что означает, что это просто среднее геометрическое взвешенных значений сходства.
@фантазия Так Π это ∫ как × это + ?
@JDlugosz, и вы обсуждаете что-то вроде операции RMS. Только среднеквадратичное значение дает одинаковый вес всем факторам, и это уравнение позволяет вам изменять вес различных факторов, изменяя их мощность. Поскольку я хочу использовать это, я хочу убедиться, что понимаю его.
@ Jim2B нет, сумма Σ , а не интеграл.
Поймите: абсолютное значение (ba), новое по сравнению с базовым, является первой попыткой, но от 100 до 105 не то же самое, что от 1 до 6, поэтому простая разница не годится. (ab)/a дает лучшие результаты: 5% против 6x, масштабируется автоматически. Но 100x, 100x, 1000000x, все это не имеет значения, когда оно просто «выходит», но это показывает большую значимость, чем 5% против 2x. Итак, попробуйте (ab)(a+b). Это то же самое, когда b находится рядом с a, но по существу является b (а не a), когда b убегает. Говоря более формально, обратите внимание, что результат приближается к 1, но никогда не достигает его, и становится все ближе и ближе по мере того, как b убегает. 5%, 10%, 25%, все так показывают, но
Затем вы получаете 0,99, 0,999, 0,99999, приближаясь к 1 на очень малую величину, поскольку b до смешного отличается от a. Таким образом, с этой стороны «много раз оригинал» просто остается таковым и не дает дальнейшего бессмысленного усиления значимости. Теперь тот факт, что числа находятся в диапазоне от 0 до 1, позволяет вам математически манипулировать ими, зная, что это будет хорошо себя вести, а не какое-либо значение вообще.
Вычитание из 1 меняет его на противоположное: 1 означает отсутствие различий и приближается к 0 для значительных различий. Сначала он быстро уходит от 1, а затем движется медленнее для большей разницы. Вот почему среднее геометрическое (а не среднее арифметическое) подходит для их объединения. Нарисуйте графики, чтобы понять, как это работает для небольших и умеренных отклонений от исходного уровня, и какие силы влияют на его взвешивание.
Да, одно из моих сожалений в моем инженерном образовании заключалось в том, что я не потратил некоторое время на занятия, чтобы лучше понять статистику. Я узнал только то, что мне нужно было знать о различных нестатистических классах, которые я посещал. Другим сожалением было то, что я не посещал уроки экономики, но, эй, может быть, это то, что я смогу сделать, когда выйду на пенсию ...

Ответы (6)

Угловой момент, орбитальный эллипс, масса, диаметр, количество лун, температура ядра, атмосферное давление, магнитные поля,

. . . . У этого списка нет конца!

Я работал над симулятором космической колонии RT4X и столкнулся с подобными проблемами. Я предлагаю решить эту проблему путем определения оптимальной параметризации конструктора класса вашего мира. помните, что многие из вышеперечисленных факторов связаны между собой, например Масса, Атмосферное давление, орбитальный эллипс и т. д. И многие (эллипс, состав атмосферы) сами по себе являются набором параметров. Температура поверхности зависит от атмосферного давления и расстояния непосредственно от солнца. Однако оба они связаны с общей массой вашей планеты и формой орбитального эллипса. Температура ядра повлияет на силу вашего магнитного поля и тектоническую активность, и вы, возможно, сможете определить как мой адрес, сколько лет вашему миру, так и сколько времени прошло с тех пор, как он объединился.

Останьтесь со мной здесь — возможно, стоит подумать о том, как развивалась вся ваша солнечная система. Я не говорю, что вы на самом деле создаете какой-то симулятор туманности. Хотя это тоже было бы круто. Вы можете подделать это, возможно, случайным образом выбрав статистические диапазоны. В ЛЮБОМ СЛУЧАЕ, например, предположим, что вам нужна планета массой m, возрастом a, вращающаяся по эллипсу e. Это всего три значения, и тем не менее вы уже можете разработать конструктор класса, который мог бы генерировать все факторы, определяющие пригодность планеты для жизни.

Таким образом, ваша «ценность» может быть получена всего из нескольких основных параметров — например, насколько планета отклоняется от родного мира.

поэтому, если родным миром вашего вида является H, а предполагаемая колония находится на C, то квадратный корень из {(H(a)-C(a))^2 + (H(m)-C(m))^2 + (H(e)-C(e))^2} может дать вам очень приблизительное представление о том, чем отличаются ваши планеты, и, следовательно, о значении (при условии, что H будет иметь МАКСИМАЛЬНОЕ значение). что угодно, и у вас может быть что-то еще, но это всего лишь простой пример простого метода, просто чтобы дать вам представление.

Есть что еще рассмотреть. Шар с низкой гравитацией из углеводородов и толинов гораздо лучше послужил бы «торговым постом» или «заправочной станцией», чем мир-колония, производящая пищу. Dwarf и protoplanet идеально подходят для роботизированных операций по добыче полезных ископаемых. Огромный 2-граммовый мир может дать бонус +1 к силе любому Эспатье, обученному на нем.

Как вы, без сомнения, интуитивно понимаете, мой собственный проект погряз в сложности! Такую тему трудно ПОЦЕЛУТЬ. Удачи тебе.

Я согласен с вашими последними комментариями. Мы уделяем разное внимание различным аспектам тела в зависимости от его использования (путевой пункт космического корабля, исследовательский аванпост, колония и т. д.). Но да, нам нужно будет учитывать наличие топлива на топливной станции, легкость добраться туда и близость к маршрутам, по которым следуют космические корабли. Плутон не годится для топлива, если вы собираетесь только на Марс!
Хотя я согласен с тем, что все упомянутые вами факторы влияют на обитаемость, я думаю, что более прямые измерения (температура, гравитация, состав и т. д.) уже учитывают формационные факторы, такие как форма орбиты, количество лун и расстояние от звезды (например, планеты с высокими стандартными отклонениями температуры могут оказаться непригодными для жизни).

Два упущенных критерия оценки:

Магнитосфера полезна для жизни человека как минимум двумя способами:

1) Уменьшает количество космического излучения, достигающего обитателей поверхности.

2) Не дает солнечному ветру и космическим лучам отделить планету от атмосферы.

Звездные сутки планеты важны в первую очередь для колебаний температуры на поверхности. Приятная средняя температура на бумаге на самом деле может быть средним значением, рассчитанным из соответствующих температур палящего дня и морозной ночи. Огромные океаны и атмосфера, конечно, смягчат эти эффекты, но на планете, которая очень медленно вращается вокруг своей оси (где одна ночь может длиться, например, несколько земных месяцев), изменения будут весьма заметными, и поэтому звездный день, вероятно, должен быть включаются при расчете индекса обитаемости.

Следует отметить уравнение Дрейка . Вы пытаетесь количественно определить: n e

Обитаемым планетам требуется, чтобы луна управляла их наклоном, обеспечивая номинальные времена года. В нашей Солнечной системе есть пастух (Юпитер), который помогает удерживать кометы и астероиды. Планета не может быть просто физически родственной Земле, вся система должна быть такого же соотношения и содержания.

Например, если бы Солнце было в два раза больше, а орбиты не изменились, мы могли бы иметь такое преобразование на Марсе. Однако с учетом того факта, что ему не хватает гравитации, чтобы удерживать атмосферу, и он геологически неактивен (вероятно, отсутствие воды и отсутствие магнитосферы), возможно, нет.

Околозвездная обитаемая зона : (Зона Златовласки)

введите описание изображения здесь

Пример системы на основе звездной светимости для прогнозирования расположения обитаемой зоны вокруг различных типов звезд. Размеры планет, размеры звезд, длины орбит и размеры обитаемых зон не соответствуют масштабу. Цитата: Habitable_zone-en.svg

Было высказано предположение, что самые безопасные солнечные системы должны иметь двух пастухов, нашими являются Юпитер и Сатурн. Давным-давно эти две планеты имели общий гармонический орбитальный резонанс и, как считается, окончательно «очистили» нашу систему от мусора с помощью этих комбинированных возмущений.

Нужна ли обитаемым планетам луна для стабилизации осевого наклона, или это просто теория, которая еще не доказана? И удерживает ли Юпитер астероиды и кометы от Земли, или это еще одна недоказанная теория? Я думаю, что вы должны были перечислить их как факторы, которые просто могут быть необходимы.
@MAGolding - По словам Патрика Стюарта (рассказчика) , если бы у нас не было луны , случилось бы много плохого. И, как объяснено здесь , есть эпизод «Вселенной », который «предполагает» резонансную орбиту J&S. Это трудно доказать, и поэтому я говорю «думал, что есть».
>Периодические движения Луны и Земли по ее орбите вызывают гораздо меньшие (9,2 угловых секунды) короткопериодные (около 18,6 лет) колебания оси вращения Земли, известные как нутация , которые добавляют периодическую составляющую к наклону Земли. – Осевой наклон
>Присутствие близкого резонанса может свидетельствовать о том, что идеальный резонанс существовал в прошлом, или что система эволюционирует в сторону такого резонанса в будущем. ... Прошлый резонанс между Юпитером и Сатурном, возможно, сыграл драматическую роль в ранней истории Солнечной системы. Компьютерная модель 2004 года Алессандро Морбиделли из Обсерватории Лазурного Берега в Ницце предположила, что между Юпитером и Сатурном образовался резонанс 1: 2 (из-за взаимодействия с планетезималями, которое заставило их мигрировать внутрь и наружу соответственно). ..
... создал гравитационный толчок, который толкнул Уран и Нептун на более высокие орбиты, а в некоторых сценариях заставил их поменяться местами, что удвоило бы расстояние Нептуна от Солнца. Возникшее в результате изгнание объектов из прото-пояса Койпера по мере того, как Нептун двигался наружу, может объяснить Позднюю тяжелую бомбардировку через 600 миллионов лет после образования Солнечной системы и происхождение троянских астероидов Юпитера. – Орбитальный резонанс
Вокруг Юпитера также вращается в десять раз больше дерьма, чем вокруг Земли . Если этот резонанс толкает планеты, то в вашем местном Circle-K определенно что-то происходит.
Ре. просто может быть необходимым и «доказательством» против того, что могло бы быть «минимальным набором характеристик», учитывая, что единственная известная система, в которой есть жизнь, — это единственная система, на которую мы хорошо смотрим, доказательство находится в пудинге, и я ошибаясь на стороне осторожности; уберите все эти вещи (включая те, что упомянуты в ссылке «здесь»), и мы, люди (<жизнь, какой мы ее знаем, важная часть), не сможем жить на Земле.

На протяжении большей части своей истории Земля не была «землеподобной». Кислородная атмосфера накопилась за последние 850 миллионов лет , хотя зародилась она 2,4 миллиарда лет назад.

Одно из моих соображений заключается в том, что простое добавление кислорода в атмосферу, которая уже имеет нужное давление (или это будет 80% от текущего давления?), не сработает, потому что он поглощается так же быстро, как и производится. Подумайте об общем количестве массы, вошедшей в ленточные слои железа! Как вы могли сделать это быстро, в человеческом масштабе времени? Даже если вы введете такое количество кислорода, реакция будет генерировать больше тепла, чем легко выдержать.

Учитывая идею изменения атмосферы, какое значение имеет первоначальное давление?

Если вы хотите, чтобы люди работали снаружи, враждебность имеет значение. Давление достаточно высокое, но дышать невозможно? Вам просто нужны маски, указываете вы. Но если слишком жарко или холодно, вам все равно понадобится специальное снаряжение.

Другое дело состав. Безвредно ли просто отсутствие кислорода? CO2 на самом деле недопустим, поэтому необходима полная маска для обеспечения дыхательной смесью. Живые планеты (когда жизнь распространится так же, как наша) создадут атмосферу, нарушающую химическое равновесие. Но, возможно, есть больше вариантов, чем кислород! Мы можем справиться с агрессивным кислородом, потому что мы созданы для этого, но как насчет хлора или фтороводорода?

Итак, я думаю, что вы можете ранжировать условия на основе того, являются ли они безвредными или откровенно враждебными, на основе оборудования, необходимого для работы в нем, и строгости, необходимой для того, чтобы оставаться в изоляции от него.

  • Вы можете использовать содержание кислорода для атмосферы, а также давление, например, 20% содержания — зеленый, а края — 60% и 0% (оба красных уровня).
  • Уровни воды будут важны, поскольку они будут определять необходимое количество воды, транспортируемой на планету, а также (возможно) тип среды обитания, которую вам необходимо создать, чтобы жить там.
  • Как упоминает fantasia, магнитосфера важна для блокировки радиации и солнечной «погоды», защищая планету. Время между инверсиями в магнитосфере также было бы важно, потому что это могло бы повлиять на электронику.
  • Опять же, фантазия упомянула диапазоны температур, а не средние температуры. Диапазон температур может быть указан на одной полосе с приемлемыми для человека уровнями в зеленой зоне.
  • Существование разумных существ может быть полезным, потому что, если ваши навыки «Лингвистика» и «Дипломатия» или «Пропаганда» достаточно высоки, вы можете либо заключать с ними союзы, либо превращать их в рабов (при условии, что вы хотите этого в игре).

Вот об этом. Я добавлю больше, если я думаю о них.

Мой индекс обитаемости на данный момент включает следующее:

Первичный (показатели обитаемости)

Температура
Давление
Первичная составляющая атмосферы
Вторичная составляющая атмосферы
Третичная составляющая
атмосферы Примечания об атмосфере
Гидрология Приземная
радиация Приземная
гравитация

Вторичный (меры желательности)

Минералогия
Звездные сутки
Ожидаемый период полураспада атмосферы
Спектральный класс звезды
Добавьте сюда другие интересные характеристики планет

Я не буду подробно описывать все это, потому что материала слишком много (возможно, я добавлю его позже). Но я хотел обсудить две вещи: температуру и давление.

Температура
обитаемых планет для человека
Планеты, пригодные для жизни человека — температура

Чтобы сделать эту шкалу приемлемой для диапазона возможных температур, я рекомендую журнал 2 шкала температуры в K. По этой шкале самое холодное место в Солнечной системе ( Южный полюс Луны ) имеет значение 4,9.

  • -405 F / 30 K (самое холодное место в Солнечной системе/Южный полюс Луны) соответствует 4,9 по моей шкале.
  • 0 F / 255 K (вероятно, минимальная средняя температура) соответствует 8 по моей шкале.
  • 110 F / 316 K (вероятно, максимальная средняя температура для жизни человека) соответствует 8,3 по моей шкале.
  • 501 F / 534 K (поверхность Венеры) соответствует 9 по моей шкале

Вместо одного значения нам, вероятно, нужно измерить температуру в 3 местах: на экваторе, полюсе и на 1/2 пути между ними.

Нам также нужно учитывать диапазон возможных температур, поэтому нам понадобятся значения для

  • Экваториальное среднее
  • Экваториальное стандартное отклонение
  • Умеренный средний
  • Умеренное стандартное отклонение
  • Полярное среднее
  • Полярное стандартное отклонение

Давление

Атмосферное давление имеет большое значение.

Это влияет на многие аспекты того, насколько пригодна для жизни эта планета. Когда он слишком высок, даже обычно инертные газы, такие как азот, становятся неприятными. Когда его слишком мало, вам нужно увеличить процентное содержание кислорода, чтобы сохранить его пригодным для жизни, а 100% кислород делает почти все, включая вас, легковоспламеняющимися.

С обитаемых планет для человека Обитаемые планеты для человека — давление

я бы использовал журнал 5 шкала атмосферного давления. По этой шкале
0 - вакуум
4.0 - давление Марса
6.5 - минимальное давление для выживания человека
7.2 - давление Земли
7.4 - давление Титана
9.6 - максимальное давление для выживания человека
10. - давление Венеры

Сочинение

Я бы, вероятно, просто использовал буквенный код для обозначения основных составляющих газов и процентов. Для простоты использования предположим, что любая атмосфера с водородом будет иметь пропорциональное количество гелия, поэтому вы можете опустить содержание гелия.

Затем вы могли бы также включить примечание о качественном характере атмосферы (восстановительная, окисляющая, коррозионная, токсичная и т. д.). Люди могли бы выжить в некоторых атмосферах без скафандра, такого как защита, но мы можем предположить, что агрессивная и токсичная атмосфера требует какой-то специальной защиты. Хотя наша кожа может выдерживать восстановительные атмосферы (такие как водород и метан), нам нужно быть очень осторожными с кислородом для дыхания, чтобы не превратить наши дышащие в огнеметы.

С такими газами сложнее С О 2 + С О наши тела могут справиться с определенным количеством обоих, но слишком много токсично. В случае С О 2 слишком мало газа тоже плохо.

Любым другим создателям мира я настоятельно рекомендую прочитать то, что Винчелл Чанг собрал на Atomic Rockets.

Каков минимальный набор физических характеристик, чтобы определить планету, похожую на Землю?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 2v