Pytanie:
Jakie jest największe naturalnie występujące ciało, które może być wydrążone i bezpiecznie w nim żyć?
James Jenkins
2013-07-26 20:05:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Niektóre propozycje życia w kosmosie przewidują znalezienie asteroidy, która jest solidnym kawałkiem czegoś (np. niklu), wydrążenie go, uderzenie w śluzę powietrzną i masz dom. Dodaj napęd i masz statek kosmiczny. Oczywiście rzeczywistość jest nieco bardziej złożona, ale pomysł ma swoje zalety.

Odkładając na bok siły obrotowe i pchające (o wiele za dużo zmiennych na proste pytanie), co jest największym naturalnie występującym ciałem kosmicznym, które wiemy lub możemy rozsądnie założyć, że istnienie tego mogłoby być wydrążone, wypełnione powietrzem w wygodnym dla człowieka zakresie i zamieszkałe?

Łatwo jest wyobrazić sobie asteroidę, która jest zasadniczo żelaznym rdzeniem planeta, więc rozsądnie jest założyć, że może to być opcja. Również planetoida wielkości naszego księżyca lub zbliżona do niego mogłaby mieć jądro, które zostało wystarczająco schłodzone, aby tunelować do środka i stworzyć wgłębienie. Nasz Księżyc znajdujący się na orbicie wokół Ziemi ma znaczny stres pływowy (prawdopodobnie utrzymujący ciepło jądra), więc nie byłby kandydatem. Chociaż identyczne ciało na orbicie słonecznej lub trajektorii międzygwiazdowej może być kandydatem.

Edycja w celu wyjaśnienia zakresu Myślałem, mając planetoidę w studni o znacznej grawitacji (jak Księżyc lub Ziemia), cała masa pozostanie na ciele. W przypadku małego ciała „wydobyte” materiały zostałyby prawdopodobnie sprzedane lub wyrzucone. Niektóre materiały z korpusu lub ze źródła zewnętrznego zostaną użyte do uszczelnienia wspornika &. W tym pytaniu definiuję pustkę jako umożliwiającą zasadniczo utrudniony widok wnętrza, tak jak w przypadku Sfery Dysona. Podpory krzyżowe byłyby praktyczne w przypadku niewielkiego korpusu o długości kilkuset metrów (choć naruszałyby definicję pustki w użytym tutaj znaczeniu). W przypadku wgłębienia mierzonego w setkach kilometrów, krzyżulce byłyby niepraktyczne z tego samego powodu, z którego kosmiczna winda jest niepraktyczna; nie ma rozsądnych sposobów rozpinania z wystarczającą wytrzymałością, bez tworzenia plastra miodu lub tunelowania.

Naprawdę nie rozumiem, dlaczego istnieje w tym górna granica. Ziemia mogłaby zostać wydrążona. Sfera Dysona to w zasadzie to samo ...
@PearsonArtPhoto Myślałem o tym (biorąc pod uwagę fajny rdzeń), zasadniczo miałbyś środek ciężkości zerowej, ale wydaje się, że gdybyś pozostawił rdzeń w stanie naturalnym, miałby tendencję do zapadania się jak szyb kopalni bez podpór dachowych. Sfera Dysona zakłada materiał dostosowany do stresu. Również ciało, które było za małe, mówiło, że asteroid, który był naturalnym skupieniem mniejszych kawałków, prawdopodobnie nie uformował się z wystarczającą siłą, aby utrzymać się razem z jakąkolwiek wewnętrzną siłą zewnętrzną.
Definicję „wydrążenia” można rozciągnąć, aby objąć podpory, a nawet pozostawić nienaruszony rdzeń wewnętrzny. Proszę sprecyzować, co należy rozumieć przez „pusty” - bardzo niewielu inżynierów lądowych odmówiłoby zaproszenia do eksperymentu, mając nieograniczone fundusze.
Jedną rzeczą, którą musimy wziąć pod uwagę, jest to, że kiedy wydrążasz jakieś ciało niebieskie, usuwasz również większość jego masy, co oznacza, że ​​siły grawitacyjne na zewnętrznej powłoce będą znacznie mniejsze. Tak naprawdę nie odpowiada na pytanie, ale pomyślałem, że może go brakować w „dużym obrazie”, aby to sobie wyobrazić. Nie możemy też założyć, z jakich materiałów byłaby wykonana powłoka zewnętrzna (wymagana grubość, wytrzymałość na rozciąganie, ...), więc wszelkie obliczenia będą w najlepszym przypadku argumentujące. : |
Hmm. 16 Psyche http://en.wikipedia.org/wiki/16_Psyche to najbardziej masywna asteroida typu M. Być może dałoby się go wydrążyć w jakimś procesie topienia, pozostawiając tylko cienką skorupę, a następnie odwrócić, aby wygenerować sztuczną grawitację. Zastanawiam się, jaki byłby gradient grawitacji od stóp do głów, zakładając, powiedzmy, 0,9 - 1 G u stóp. Zastanawiam się też, czy łatwo byłoby uczynić go szczelnym, zwłaszcza zakładając, że jest wydrążony przez stopienie.
@TildalWave To zależy od tego, jak go wydrążysz. 1) Wywierć wał w środku asteroidy i wydrąż rdzeń. 2) wypełnij rdzeń zamrożonymi substancjami lotnymi. 3) wypełnić wał materiałem usuniętym podczas jego wiercenia, tworząc solidne uszczelnienie między asteroidą a materiałem zastępczym na całej jego długości. 4) Symetrycznie podgrzej asteroidę do jej temperatury topnienia, zaczynając od powierzchni i kontynuując, aż strefa topnienia dotrze do składników lotnych w rdzeniu, powodując jej rozszerzanie się jak balon. - Po ponownym zestaleniu się skorupy powstaje wydrążony pęcherzyk o masie podobnej do oryginalnej.
@TildalWave Nie mogę twierdzić, że jest oryginalna; Ukradłem ten pomysł z serii Troy Rising Johna Ringo (a on ukradł go gdzie indziej ...). Postaram się opisać to bardziej szczegółowo później wieczorem.
@DanNeely Myślałem, że większość pobliskich asteroid jest całkiem pozbawiona substancji lotnych. Mogę podać ci odniesienie do tego, ale w jednym z artykułów, które pamiętam, argumentowałem, że płynna woda i lód mogą przetrwać we wnętrzu asteroidy o skali 100 km przez kilka dziesiątek milionów lat. Jesteśmy daleko poza tym, więc pytam, czy możesz znaleźć zamrożone substancje lotne do wrzenia ... chyba że miniesz Jowisza.
@AlanSE Tak, substancje lotne musiałyby być sprowadzane z innego miejsca; ale jeśli masz budżet energii na stopienie dużej asteroidy, możesz również uchwycić kometę do kopalni.
Jedna opcja wydrążenia: wybierz ciało z ogromną ilością wody, wystarczająco daleko od Słońca (jak Europa). Przewierć kilka kilometrów lodu i wypompuj płynną wodę ze środka.
@SF. Czy lód miałby dość siły, aby to zadziałało? Czy spodziewałbyś się, że centrum będzie woda lub kamień / ciało stałe?
@JamesJenkins: Nie wiem!
Chciałbym postawić to pytanie na głowie - minimalna objętość, jaką naturalnie występujące ciało musiałoby zamknąć, aby zapewnić przestrzeń życiową / roboczą załodze, powiedzmy 5, a jednocześnie byłaby napędzana i zapewniała ochronę przed promieniowaniem równoważną atmosferze ziemskiej
@Everyone potrzebujesz więcej informacji na temat wymagań dotyczących przestrzeni życiowej / roboczej. Jak również kryteria podtrzymywania życia oraz wymagania fizyczne i psychiczne przez określony czas.
Powiązane pytanie [Czy lód można wykorzystać do stworzenia siedliska lub stacji kosmicznej?] (Http://space.stackexchange.com/questions/8371)
Dwa odpowiedzi:
#1
+28
AlanSE
2013-07-26 21:19:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Każde duże ciało, w którym możesz przeżyć na powierzchni, może zostać użyte do budowy jaskiń, sztucznych lub naturalnych. Ta obserwacja nie jest poza tematem, ponieważ pytasz o utrzymywanie ciśnienia atmosferycznego. Księżycowe jaskinie mogą utrzymywać ciśnienie 1 atmosfery około 60 metrów pod powierzchnią bez żadnych naprężeń w otaczającej je skale. Używam tutaj bardzo prostej matematyki. Jeśli przyjmiemy gęstość 1 g / cm 3 , to do uzyskania 1 atmosfery ciśnienia potrzeba 10 metrów słupa wody. Księżyc ma 1/6 grawitacji Ziemi. QED.

Jest to możliwe w wielu ciałach. Jest to możliwe nawet na Ceres, Westa. Ale gdy zmniejszamy masę ciała, jaskinia musi się pogłębiać, aby utrzymać 1 atmosferę ciśnienia. Zmniejsza się również grawitacja w części mieszkalnej (oczywiście, ponieważ jest to mniejsze ciało). Więc jest tylko ograniczony zestaw, dla którego miałoby to sens. Poza tym wiele ciał ma atmosferę na początku, więc jaskinie są tam uzupełniające lub bezużyteczne.

Jednym z najbardziej atrakcyjnych miejsc dla jaskiń jest Merkury. Bardzo dobrze argumentuje to Jim Shifflett. Nie mam na myśli tego w tym sensie, że kolonia Merkurego byłaby lepsza od Marsa lub Księżyca (chociaż najwyraźniej istnieje różnica zdań w tym względzie), ale mam na myśli to, że jaskinie są jedynym sposobem założyć bazy na Merkurego.

Centralne jaskinie

Wróćmy do idei Ceres. Jego centralne ciśnienie wynosi około 200 ziemskich atmosfer. Grawitacja rośnie mniej więcej liniowo wraz z promieniem, więc twoje jaskinie zajmowałyby mniej więcej 1/400 promienia planety karłowatej pod powierzchnią. Możesz też pływać, ale to osobny temat. Co się dzieje, gdy obiekt jest tak mały , że jaskinia musiałaby znaleźć się w środku?

Cóż, na początek miałbyś zerową grawitację. Zgodnie z twierdzeniem o powłoce, grawitacja zniknęłaby doskonale z powodu skały samej asteroidy. Istnieje określony rozmiar, w którym środek ma naturalnie dokładnie 1 atmosferę Ziemi. To stawia cię na asteroidzie o średnicy około 20 km. Wiele obiektów tej wielkości jest dobrze skatalogowanych i wiemy o nich całkiem sporo. Przykładem jest Gaspra. Nie jest też okrągły. A teraz przejdźmy do tematu ...

Jest miejsce na debatę, czy wymóg braku sił konstrukcyjnych jest rozsądny. To jest temat Zróżnicowania planetarnego. Wiele asteroid to skały, wykute we wnętrzu większego ciała, które oddzieliły się tylko w wyniku zderzeń. Oznacza to, że mogły zostać utworzone ze stopionych materiałów pod dużym ciśnieniem, tworząc dość spójną bryłę. W rzeczywistości jest to dość powszechne. Ogólnie uważa się, że granica różnicowania jest znacznie powyżej punktu średnicy 20 km i prawdopodobnie bliżej zakresu do 100 km. Wiemy to z badań księżyców. Mamy stosunkowo mniej informacji o wolnych asteroidach, ponieważ księżyce były historycznie bardziej oczywistym typem obiektów do badań, a ich rozmiary są bardziej przesunięte w kierunku większych rozmiarów.

Podsumowując tę ​​rantę, ustalę to :

P: czy mógłbyś opróżnić środek asteroidy wielkości 20 km i napełnić go gazem?

O: Wypłynąłby, ale gdybyś nie wyciekł z prawa fizyki mówią nam definitywnie „tak”.

P: czy mógłbyś opróżnić środek asteroidy wielkości 20 km i wystawić go na działanie próżni przestrzeni?

O: Może zapadają się same w sobie, ale nie wiemy na pewno. Leży blisko granicy wymaganej wytrzymałości materiału. Zależałoby to również od wielkości ubytku, który wyrzeźbisz.

Poniżej znajduje się kilka oczywistych argumentów dotyczących skali. Na przykład, czy mógłbyś wydrążyć środek asteroidy o długości 1 km i wystawić go w przestrzeń kosmiczną bez zawalenia się? Pewnie. Mamy całkiem spore szanse na to, że to zadziała, ponieważ to tylko walka z jego grawitacją. Fakt, że znacznie większe obiekty są niezróżnicowane, oznacza, że ​​struktury o nieparzystych kształtach w skali km mogą wytrzymać swoją grawitację własną. Ale „może” różni się od „woli”. Do tego potrzebujesz inżynierów budownictwa lądowego.

Balony grawitacyjne

Stańmy się śmieszni. A co jeśli wziąłem przedmiot wielkości 20 km, zacząłem wydrążać środek, wypełniając go szczelną kieszenią powietrza ... i po prostu kontynuowałem? Jak duży mógłbym osiągnąć, zanim zapadnie się w wielki bałagan? Cóż, nie ma ograniczeń per se.

Masz problem naturalnego zróżnicowania - to działa na Twoją niekorzyść. Chce obrócić twój pęcherzyk powietrza, umieszczając niską gęstość (powietrze) na zewnątrz i wysoką gęstość (skałę) pośrodku. Ale na początku nie jest to zróżnicowane, więc nie będzie to łatwe. Powiedzmy, że wydrążyłeś prawie 20-kilometrowy pęcherzyk powietrza w środku. Teraz przeniosłeś prawie całą skałę, rozbijając ją na małe kawałki. Cóż, badania asteroid ustaliły kąty spadania rzędu 7% do 14% wznoszenia się do biegu, takie same dla pryzm piasku na Ziemi (nic dziwnego). Podczas przestawiania skał można było uniknąć stromych kątów, chociaż idea dynamicznej awarii wciąż jest przerażająca. Jest więc możliwe , że możesz zagrodzić materiał w bardzo dużej ilości powietrza - a wszystko to bez siły materialnej.

Jest szczegół, że naturalnie wspomagane ciśnienie zmienia się wraz z wielkością pęcherzyka powietrza. Ale to wynika z bardzo przewidywalnej matematyki, która jest banalna do rozwiązania. Jedynym prawdziwym ograniczeniem jest sytuacja, gdy objętość powietrza staje się tak niesamowicie masywna, że ​​ grawitacja samego powietrza ogranicza zasięg zamieszkiwania. Ktoś napisał książkę science-fiction właśnie o tym.

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

Teraz wizja, którą namalował ten autor, ma dwie główne wady.

  1. Uważał, że koperta musi być wykonana z nanorurek węglowych. To jest niedorzeczne. Można było to zrobić z kawałka skały o grubości 10 km. Masz problemy ze stabilnością, ale co cię obchodzi, jeśli i tak możesz zrobić nanorurki węglowe ...
  2. Siedliska sztucznej grawitacji obracają się w wolnej przestrzeni. Stwarza to niemożliwe siły oporu. Napisałem o rozsądnym sposobie zrobienia tego na blogu.

To wszystko jest bardzo fantazyjne myślenie. W całym wewnętrznym układzie słonecznym znajdują się tylko 2 obiekty, które na początku mogłyby zatrzymać powietrze do oddychania w środku - Eros i Fobos. I nawet to byłaby rzadka, bogata w tlen atmosfera (jak Skylab).

Może się zdarzyć, że wytwarzanie powietrza do oddychania jest przede wszystkim większym wyzwaniem. Asteroidy w pobliżu Ziemi są o wiele za małe dla opisanego przeze mnie szalonego schematu. Ale może im również brakować wystarczającej ilości wodoru i azotu. Uzyskanie materiałów potrzebnych do życia wymagałoby od początku infrastruktury. Jeśli potrzebujesz miejsca do parkowania wytwarzanych przez siebie gazów, nie powinno to być zbyt trudne w sensie kosmicznym.

Wrócę do pytania:

jakie jest największe naturalnie występujące ciało kosmiczne, o którym wiemy, lub jakie możemy rozsądnie postawić hipotezę, że istnienie tego może być wydrążone, wypełnione powietrzem w wygodnym dla człowieka zakresie i zamieszkałe?

Problem w tym, że duże ciała mają centralne ciśnienie, które jest zbyt wysokie dla ludzi. Jeśli limit to około 3 atmosfery Ziemi (rozsądna granica biologiczna), największym ciałem byłoby coś w rodzaju 132 Aethra, niepozorne ciało na wewnętrznej krawędzi pasa asteroid. Gdyby jednak środkowy pęcherzyk powietrza był wystarczająco duży, to ciśnienie spadłoby.

Świetna odpowiedź, myślę, że właśnie zapisałeś z nią pytanie! Czytając to, pomyślałem o kolejnej przeszkodzie - jak duża masa „powietrza do oddychania” może istnieć, zanim stanie się zbyt masywna, zacznie formować rdzeń i ostatecznie stanie się masywnym reaktorem termojądrowym (gwiazdą)?
@TildalWave, książka science-fiction o Virdze, badała ilość powietrza, w której różnica ciśnień ma znaczenie - w regionach zewnętrznych powietrze jest rzadkie jak góry. To jest * nadal * niewystarczające, aby powietrze mogło się utrzymać (nadal potrzebuje ściany). Coś w rodzaju masy Urana byłoby bliżej granicy stabilnie związanej masy powietrza. Aby uzyskać fuzję, potrzebujesz wiele rzędów wielkości więcej. Nawet największy balon grawitacyjny byłby 10 ^ 10 razy za mały.
+1 ładna odpowiedź. Proszę sprawdzić tę odpowiedź @AlanSE: http://meta.space.stackexchange.com/a/157/63.
Fantastyczna odpowiedź, nie wyobrażam sobie lepszej, ale nie mogłem też sobie wyobrazić takiej dobrej. Odkładam akceptację tego przez kilka dni, aby zachęcić innych do podjęcia lepszej odpowiedzi.
Kiedy odpowiadasz, naprawdę odpowiadasz. Przybliżyłem komentarz na temat H i N na asteroidach, ponieważ w zeszłym tygodniu próbowałem zapytać o podłoże księżycowe, o to, czy są szanse, że zawiera obie substancje chemiczne, opierając się na ogólnej wiedzy o składzie Układu Słonecznego. Nie mogłem znaleźć żadnego materiału na ten temat, nie mogę wiedzieć, jak wyglądać. Czego powinienem szukać? (Jeśli mogę ci narzucić w ten sposób.)
@briligg Asteroidy mają około 0,1% azotu według ich [obfitości pierwiastków] (http://periodictable.com/Elements/007/data.html). Oznacza to, że aby uzyskać 1 m ^ 3 powietrza, musisz przetworzyć około 1 m ^ 3 skały, a to wydaje mi się nierozsądne. Na Ziemi możemy go po prostu skroplić z powietrza, a atmosfera Marsa ma wystarczającą ilość N2, abyśmy mogli go skroplić. A więc miasta asteroidowe lub księżycowe mogą importować N2 z Marsa. Obfitość Księżyca jest podobna do asteroid, ale formy chemiczne są bardziej skomplikowanym tematem, który wciąż może sprzyjać wydobyciu Księżyca i nie wiem o tym wystarczająco dużo.
Może to tylko ogólna niewiadoma, będę się rozglądać. To pomocny link, chociaż nie przyszło mi do głowy, że dane o elementach mogą zawierać takie informacje.
#2
+3
Jim2B
2015-03-05 21:24:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Największe ciała, które moglibyśmy bezpiecznie wykorzystać, wydrążając je w celu stworzenia wewnętrznej przestrzeni życiowej (jak prekursor cylindra O'Neilla), byłyby ciałami, których grawitacja jest zbyt słaba, aby rozróżnić materiały i sferizować ciało. Kulisty korpus oznacza, że ​​materiałowa wytrzymałość asteroidy jest zbyt słaba, aby utrzymać masę materiału znajdującego się nad nią. Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie ciała zróżnicowane są kuliste, ale oba kryteria są konieczne, ponieważ ciała zróżnicowane mogą zostać rozbite (jak Westa) na mniejsze, zróżnicowane części.

Innymi słowy, Pluton i Ceres są z pewnością za duże.

Westa i Pallas mogą być zbyt duże.

Jeśli chcesz nałożyć dodatkowe ograniczenie, jakim jest obrót całym ciałem w celu uzyskania sztucznej grawitacji, to ciało, którego powinieneś szukać, musi być głównie metaliczne (ceramika / skały są słabe w napięciu).

Co to oznacza, że ​​powinieneś szukać jądra zakłóconych planetoid, ciała takie jak Westa, ale mniejsze byłyby idealne. Ta tabela zmierzonych gęstości asteroid wskazuje, że następujące asteroidy mogą być szczególnie dobrymi kandydatami:

'# Uwagi o błędzie gęstości nazwy
4 Westa 3,44 +/- 0,12 Prawdopodobnie za duże 20 Massalia 3,26 +/- 0,60 Średnia średnica 145 km
804 Hispania 4,90 +/- 3,90 Średnia średnica 145 km, Duże słupki błędu gęstości

Wizualne porównanie największych asteroid Comparison of Largest Asteroids

Jim, sam proces wydrążania (usuwania materiałów rdzenia) radykalnie zmienia rozkład masy i w zależności od tego, gdzie umieścisz tę masę, może wyrzucić ciało z równowagi hydrostatycznej.
@TildalWave Prawda, ale pamiętaj, że ciało niesferoidalne i tak nie jest w równowadze hydrostatycznej. Jak wspomniano w pierwszej odpowiedzi - ktoś planujący to zrobić musiałby w rzeczywistości włożyć wiele inżynierii (równoważenie ciężaru, ciśnienia powietrza i siły obrotowej z wytrzymałością materiału) w projekt, a nie tylko opierać się na kilku akapitach ” praktyczna zasada". Ale myślę, że moje założenie jest słuszne - ciała kuliste są za duże, niektóre ciała niesferyczne są nadal za duże.
@TildalWave również jeden z wielkich SF, a może sam O'Neill zaproponował wywiercenie małej rurki przez środek metalowej asteroidy, wypełnienie jej lodem wodnym, zgrzanie końcówek, obrót, a następnie podgrzanie odbitego światła słonecznego do 2000+ F. Powinno to zagotować wodę, zapewniając ciśnienie inflacyjne i zmiękczyć żelazo niklowe na tyle, aby umożliwić jego rozszerzenie. W ten sposób nie potrzeba tak dużo wykopów.


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...