Calentar un mundo bombardeando los océanos

Los alienígenas iracundos están enseñando una lección a los humanos al reubicar su mundo de una acogedora 1 UA a unas 4 UA de distancia de la estrella central similar al Sol. El planeta tiene el tamaño de Marte y está cubierto por un océano de agua salada con un promedio de 6 km de profundidad con muy poca tierra. La atmósfera es similar a la de la Tierra tanto en composición como en presión al nivel del mar, pero la escala de altura es mayor debido a la menor gravedad, similar a la de Marte.
Si no se produce ninguna intervención humana, los océanos y la atmósfera se condensarían y congelarían, convirtiendo el mundo en algo parecido a Encelado.
Los humanos improvisan apresuradamente un plan: utilizar un dispositivo mágico capaz de generar de forma remota explosiones termonucleares en cualquier lugar para explotar constantemente las profundidades del océano en todo el planeta. El calor liberado en los océanos eventualmente encuentra su camino hacia la atmósfera, calentándola también. (El dispositivo mágico no produce ninguna lluvia radiactiva).

¿Es este un método viable para salvar el planeta (es decir, mantener los océanos líquidos y el aire sin solidificar)? Si es así: si el límite de la fuerza explosiva emitida por el dispositivo mágico es de 10 megatones, y suponiendo que distribuyamos inteligentemente las explosiones a las áreas del océano que más las necesitan, ¿con qué frecuencia necesitamos detonar? ¿Una vez por segundo? ¿Cien veces por segundo? ¿Mil?

Su pregunta plantea cómo el planeta era habitable en primer lugar. La falta de habitabilidad de Marte hoy no se debe a su distancia, sino a su tamaño. Incluso a 1 UA, es poco probable que hubiera podido preservar una atmósfera porque necesita un núcleo lo suficientemente grande para formar un campo magnético protector. Si colocara la Tierra a la distancia de Marte del Sol, definitivamente sería mucho más frío en promedio, pero aún sería habitable, especialmente en el ecuador.
@stix Sí. Omití y modifiqué muchos detalles para mantener la pregunta simple. El planeta no es natural, fue construido.
@Tantalus'touch. No, no hay razón. Esa es una opción también si desea explorarla. esencialmente, el dispositivo nuclear debe usarse de alguna manera para hacer que el planeta sea viable.
Ok, lo haré, gracias.
@stix: Obviamente, los humanos se asentaron en este mundo del tamaño de Marte en los primeros mil millones de años de su existencia, cuando tenía mucha más agua y presumiblemente aire. en.wikipedia.org/wiki/Noachian
Incluso si lograras calentar la atmósfera, ya sea usando bombas atómicas o aumentando el efecto invernadero, lo más probable es que tus plantas mueran debido a la falta de luz solar.
@Erik: Buen punto, a 4AU el sol solo sería un 6,25% más brillante que en la Tierra. ¿Tal vez suficiente para las plantas que pueden crecer a la sombra o sombra parcial (en la Tierra)? Al menos en el ecuador.
Si su planeta puede detonar automágicamente el equivalente nuclear necesario de 20 * 10 megatones por segundo, proyectado en un punto arbitrario en el cielo, por una duración ilimitada, puedo ver por qué los alienígenas intentaron exterminarlos. ¡Tu gente es PELIGROSA!
@PcMan No es exactamente "exterminarlos", sino enseñarles una lección por una transgresión grave.
Esto se parece mucho a algo que encontrarías en XKCD.

Respuestas (6)

Ligero marco-desafío.

Sugeriría detonarlos en el nivel más alto de la atmósfera, justo fuera de los límites de la exosfera . (Alrededor de 1000 Km arriba)

Las detonaciones deberían ocurrir en el lado del planeta que mira hacia el sol (tal como está, lejos).

Matemáticas: Cada explosión de 10 Mt consta de 4.6 ∗ 10 dieciséis julios, el 35% de los cuales serían térmicos y luminosos , y gran parte de los cuales se alejarían del planeta. En los límites de la exosfera, aproximadamente el 46% iría hacia el planeta. Eso es 7.4 ∗ 10 15 julios por explosión.

La Tierra necesita (según los estándares preindustriales) 1.74 ∗ 10 17 Vatios de energía emitidos incidentes en la atmósfera superior. (Eso es julios, por segundo).

Eso es alrededor de 23 o 24 detonaciones por segundo entregadas por encima del punto del "mediodía" cuando el sol aparentemente se mueve. Se ajusta a la velocidad de fotogramas del Reino Unido para la televisión terrestre antigua, ya que resulta que probablemente no notará mucho parpadeo. Los de la mitad del tamaño, al doble de la tarifa para asegurarse de que podrían ser mejores.

Digamos que lo reduzca a 21 o 22 por segundo (*2?) para compensar la radiación solar residual a 1/16 de la tasa normal ( ley del cuadrado inverso ).

Puedes variarlo un poco para hacer temporadas.

Fácil.

Hombre, me pregunto cómo sería eso . Habría un ligero paralaje entre el débil sol y las explosiones. Las sombras pueden tener un ligero parpadeo de 24 Hz. ¡Fresco!
Buen punto, la luz residual del sol ayudaría a suavizar el parpadeo desde arriba, pero las sombras pueden parecer parpadear, especialmente si hay nubes.
Es posible que haya sobreestimado cuántas detonaciones por segundo se necesitan. Su fuente pone el 50% de la energía en la explosión de aire (que no habría casi nada de lo que hablar a 1000 km de altura) y el 15% más en radiación nuclear (que mi "dispositivo nuclear" mágico no produce). Si la mayor parte de la energía se destinara a energía térmica y lumínica, ¿quizás se necesitarían tan solo 3 o 4 detonaciones por segundo?
(Por supuesto, eso no es tan genial como un sutil parpadeo de 24 Hz en el cielo, pero las detonaciones podrían hacerse menos poderosas y más frecuentes por el bien de la historia).
Er, más bien quise decir 7-8 por segundo. Olvidé que el 54% de la energía que no llega al planeta a pesar de todo.
1000 km hacia arriba está muy cerca: el planeta en cuestión tiene el tamaño de Marte y el radio de Marte es de casi 3400 km. (La Tierra es aún más grande, a casi 6400 km). Habría mucho más que un ligero paralaje, y la luz de las explosiones estaría mucho más concentrada en un área (relativamente) pequeña que la luz del sol: obtendría un ecuador más caliente y polos más fríos, con grandes partes de la superficie que nunca reciben luz nuclear.
También me preocuparía mucho la distribución de energía por fotón: si hay la cantidad correcta de luz visible para ver, suficiente UV para la fotosíntesis, niveles lo suficientemente bajos de fotones de mayor energía, etc. Los patrones climáticos también se verían dramáticamente afectados. , y no sé qué le haría esto a la capa de ozono. EMP también sería una preocupación.
@user2357112supportsMonica, muy buen punto, causaría todo tipo de problemas en los que no había pensado. Veré si puedo envolver mi cabeza en explosiones y consecuencias mayores. El espectro producido, lo había descuidado, mejor figura eso también. Gracias.
@user2357112supportsMonica Oh, buen punto, el paralaje sería mucho más que leve. Podrían combatir el problema de la concentración tal vez cambiando la distribución de las armas nucleares, tal vez alargándola verticalmente para latitudes más altas o más bajas.
Si el dispositivo puede producir explosiones en movimiento, eso también podría ayudar con el paralaje y, además, ayudar a ajustar el espectro de la luz artificial al cambiarlo al rojo o al púrpura según sea necesario.
@EgorHans: El paralaje proviene del hecho de que las personas se distribuyen espacialmente por la superficie del planeta, no del movimiento del sol y las explosiones. Agregar velocidad a las explosiones no ayudará con eso.
Despreciando efectos como la refracción atmosférica y el achatamiento, una explosión a 1000 km sobre el ecuador de un planeta de 3400 km de radio solo sería visible hasta unos 40 grados al norte o al sur, y apenas en ese punto. Para ser visible hasta 80 grados al norte o al sur, la explosión tendría que estar a unos 16000 km de altura.
@user2357112supportsMonica Tendría que haber muchas más explosiones para suministrar suficiente energía entonces. Me sentaré apropiadamente esta noche y trataré de armar una edición.
@user2357112supportsMonica Las explosiones con velocidad podrían ser lo suficientemente rápidas para cubrir un área más grande. Básicamente, tendría el mismo efecto que esparcirlos. Además, el beneficio potencial del desplazamiento al rojo y al púrpura.
(1) ¿Por qué desperdiciar más de la mitad de su energía detonando en el espacio? (2) La energía no "térmica y lumínica" aún se convertirá en calor eventualmente, con la segunda ley y todo eso, por lo que probablemente tampoco tuvo que descontar otros dos tercios de la energía. (3) Si debe detonar en el espacio, probablemente podría usar una carga de forma nuclear para concentrar la energía en la superficie.

La tierra cada hora recibe 430 quintillones de julios de energía , donde 1 quintillón = 10^18. La energía de una bomba nuclear de 1 megatón es de 4,18*10^15 julios. Por lo tanto, una bomba nuclear de 10 MegaTon TNT equivalente libera 1000 parte de la radiación solar por hora.

Se estima que hay alrededor de 14000 armas nucleares en el mundo. Si los revienta todos simultáneamente, solo producirá alrededor de 15 horas de efecto de luz solar adicional. Por supuesto, la luz del sol es contrarrestada por varios iones, etc. en la mesosfera superior y también en la termosfera, por lo que probablemente podría agregar un par de horas de luz solar adicional a eso.

Pero eso aún no será suficiente a largo plazo para disuadir a los extraterrestres. El calor así generado se disiparía en la atmósfera de todos modos.

A continuación, el volumen total de todos los océanos es de 1,3 sextillones de litros . Se necesitan 4200 julios para elevar la temperatura en 1 grado de 1 litro de agua . Puedes hacer los cálculos, pero todas tus armas nucleares explotando simultáneamente ni siquiera elevarían la temperatura de los mares en 1 grado.

Por lo tanto, no creo que las armas nucleares te ayuden a mantener las cosas calientes.

Más bien, puedes

  1. estudiar la posibilidad de atraer asteroides perdidos de un tamaño lo suficientemente pequeño a la atmósfera terrestre. De esa manera, el asteroide se quema constantemente en la atmósfera, manteniendo altas las temperaturas, y los efectos nocivos (cenizas/gas), etc., no son suficientes para desencadenar un enfriamiento global por sí solo.

  2. Encuentra una manera de aumentar la cantidad de gas de efecto invernadero en la atmósfera. Esto mantiene la tierra más caliente durante más tiempo debido a la captura de energía solar. Pero debe tener cuidado de no causar más condiciones de nubosidad, ya que pueden provocar el enfriamiento de la superficie. El CO2 es, por lo tanto, una opción natural, pero también puede considerar una mayor producción de metano u ozono.

@mu, siento que no leíste la pregunta, ya que el OP dijo específicamente que no hay consecuencias y también dijo que tenía un dispositivo mágico. -1
"Más bien, puedes considerar la posibilidad de extraer asteroides perdidos de un tamaño lo suficientemente pequeño..." En mi historia, este era el plan original. El sistema planetario en el que habitaban no tenía asteroides, por lo que debían usar este dispositivo mágico para extraer material de debajo de la corteza del planeta a través de millones de pequeños agujeros de gusano y dejar que lloviera desde el espacio a la atmósfera. Sé que esto habría calentado la atmósfera significativamente. Sin embargo, por razones de la trama, este plan fracasó y, en cambio, tuvieron que recurrir a la liberación de energía en los océanos.
Al final, la liberación de energía no es suficiente , la temperatura media del planeta no está del todo allí, y el planeta sigue siendo un infierno helado mientras mueren millones de habitantes.
Entonces, ¡gran respuesta! Pero para los propósitos de la historia, necesito usar el dispositivo nuclear mágico. (Además, como se indica en la pregunta [y nuevamente por @fartgeek], el dispositivo nuclear no libera ninguna lluvia radiactiva ni partículas nucleares. Solo energía térmica, lumínica y la onda expansiva asociada).
@fartgeek tienes razón, me había saltado esa línea en Fallout. He editado para eliminar eso.
@BMF, ¿ha considerado aumentar la producción de gases de efecto invernadero? Comprobado
@mu無 Tengo esa sugerencia en la respuesta de Karst, sin embargo, les pedí que ampliaran y exploraran la viabilidad de la misma. Está el problema de la toxicidad atmosférica.
@mu無 después de leer tu edición, creo que te estás perdiendo un punto crucial sobre la naturaleza del dispositivo. El dispositivo nuclear en realidad no despliega ojivas nucleares físicas, genera la explosión en sí misma de la nada en cualquier lugar del mundo. El dispositivo en sí no requiere energía, simplemente programarlo y encenderlo. Con eso, parece que su respuesta dice que para preservar los océanos y la atmósfera, todo lo que tenemos que hacer es detonar 1,000 "bombas nucleares" por hora.
@BMF Bueno, sí, esa sería la lectura correcta. Mi suposición ha sido que la cantidad de armas nucleares es limitada, pero si ha encontrado una manera de fabricar 24000 o más por día, está listo para comenzar. La tecnología de fabricación de combustible puede limitarlo, pero no veo una razón por la que eso debería ser un problema si usa una bomba nuclear de 3 pasos (una pequeña fisión que desencadena la fusión de hidrógeno, una fusión de hidrógeno que desencadena la fusión de silicio / litio) teniendo en cuenta el pico de hierro

Estas personas hipotéticas podrían estar mejor usando su dispositivo mágico para crear erupciones volcánicas. Cuando un volcán explota, libera una cantidad significativa de gases de efecto invernadero, así como cenizas y lava, por lo que el calentamiento sería más un proceso acumulativo. No solo confiaría en el calor de las explosiones, sino que usaría los gases resultantes para ayudar a que la atmósfera retenga más calor. La agitación artificial del manto del planeta también impulsaría la actividad en los respiraderos de las profundidades del océano, manteniendo el fondo del océano como un bioma viable.

Puede que me equivoque en esto, pero a 4 UA el planeta estaría recibiendo algo así como 9 veces menos energía solar. La gran cantidad de gases de efecto invernadero necesaria para compensar esa pérdida podría generar una atmósfera totalmente tóxica. Los humanos tienen este dispositivo mágico, pero no tienen la tecnología o la industria para construir viviendas artificiales. ¿Podrías tal vez explorar la viabilidad de este supervolcanismo?
@BMF eso suena como un detalle que debería haber estado en la pregunta, pero ahora no debería agregarse porque es demasiado tarde. Tal vez podría crear una nueva pregunta sobre ese tema.
@StarfishPrime ¿Qué detalle? ¿El hecho de que el planeta debe ser habitable después de haberlo "salvado"? Pensé que era un hecho, dada la redacción de mi pregunta jajaja
@BMF " Los humanos... no tienen la tecnología o la industria para construir viviendas artificiales ". Ese es el único detalle que no estaba ya presente en la pregunta.
@StarfishPrime, que el planeta permaneciera como la Tierra y habitable para las personas era un requisito previo, aún debería poder aclarar eso en la pregunta sin invalidar las respuestas, asumiendo que la intención de @ Karst no era elevar la temperatura y luego lidiar con ese pequeño persistente efecto secundario de toda la vida en el planeta muriendo.
@BMF, su pregunta simplemente solicitó una atmósfera gaseosa y océanos líquidos, sin restricciones en su composición o amistad humana. Ciertamente no mencionó el nivel de tecnología humana. Si estas cosas son importantes al escribir respuestas, deberían haber sido incluidas en la pregunta, ya ves.
@StarfishPrime Ah, ya veo de dónde viene eso. Podría haberlo redactado de otra manera para reflejar mejor mis intenciones. Cuando escribo preguntas y respuestas de SE, tengo la mala costumbre de incluir demasiada información y cosas complicadas. Sin embargo, si mantenemos la pregunta clara y seca, pregunta específicamente sobre la viabilidad de detonar explosiones de tipo nuclear para calentar el agua del mar, calentando así la atmósfera; y no sobre la liberación de gases de efecto invernadero para hacer el trabajo en su lugar.

Usa las armas nucleares para espesar la atmósfera mediante la destrucción selectiva de rocas.

Todas las demás respuestas hasta ahora tienen buenas matemáticas sobre energía y calentamiento y demás, y no voy a repetir un buen trabajo, pero hay una posibilidad más: los efectos invernadero y los sumideros geológicos de carbono.

Detona tus armas nucleares en el fondo del mar, de modo que fractura la roca. No ha especificado la litosfera del planeta, digamos que hay una capa rica en piedra caliza (que a menudo se encuentra debajo de los océanos, son conchas viejas y sedimentos bajo presión).

Cuando esto se rompe y se calienta, se libera dióxido de carbono. Esto creará un efecto invernadero, calentando el planeta.

Los humanos detectarán que el aire es malo a aproximadamente 2000 ppm - 5000 ppm , eso es un orden de magnitud más que los niveles de CO2 de la Tierra en el siglo XX, por lo que puede aumentar el aislamiento en un factor de ~ 10 antes de que el aire comience a parecer viciado. Eso es un aumento de 10 veces en el aislamiento, suficiente para compensar la disminución de la energía entrante.

Esto comparte el mismo problema que las otras 2 respuestas que postulan un efecto invernadero como una posible solución. A las 4 UA, recibiremos algo así como 9 veces menos flujo solar. ¿Podemos realmente tener una atmósfera no tóxica en ese punto?
@BMF Totalmente. Los niveles de CO2 de 1900 eran de 300 PPM. Los humanos notan que el aire está cargado a aproximadamente 4000 ppm. Eso es un aumento de 13 veces en el aislamiento sobre la Tierra antes de que nos demos cuenta de que el aire está viciado.
Suena como si esperaras saturar el océano con CO2 primero y confiar en que liberará el exceso de gas a la atmósfera... eso será una mala noticia para una gran cantidad de ecosistemas oceánicos. Sería mejor que destruyera los depósitos superficiales, pero solo después de haber vaporizado los casquetes polares porque a) el hielo tiene un gran albedo para reflejar el calor yb) el vapor de agua es un excelente gas de efecto invernadero por sí mismo.
Problema con este cálculo: solo entre el 9% y el 26% del efecto invernadero de la Tierra se debe al CO2, por lo que aumentar diez veces las concentraciones de CO2 no mejorará el aislamiento ni mucho menos diez veces. Mientras tanto, pasar de 1 AU a 4 AU dividirá su insolación por un factor de 16, por lo que este escenario se vuelve mucho más frío.
@StarfishPrime La evaporación del agua no te ayudará aquí. Sí, es un gas de efecto invernadero importante, pero si agrega más, el extra caerá del cielo nuevamente dentro de unos días.
@GeoffreyBrent eso no es un problema, ya que la fuente mágica de explosiones puede generar más. Es un efecto invernadero más efectivo que el CO2, y ciertamente más efectivo que el CO2 que se difunde desde un océano no saturado. Como beneficio adicional, si se genera a partir de nieve y hielo, el albedo del planeta también se reduce. Gana todo el año.
@StarfishPrime Si está dispuesto y puede seguir haciéndolo indefinidamente, supongo. Las fuentes de energía ilimitadas facilitan muchas cosas.

El dispositivo mágico no produce ninguna lluvia radiactiva.

Creo que te estás perdiendo algo muy importante con esto. Quieres las consecuencias, porque lo que quieres hacer es

Potenciar el efecto invernadero utilizando vapor de agua

El vapor de agua es un actor importante en el efecto invernadero . Nos enfocamos en el CO2 porque es creado por humanos, pero el CO2 no causa directamente todos sus efectos en sí mismo. También tiene un papel en la cantidad de vapor de agua que permanece en la atmósfera, lo que provoca un mayor impacto en el clima global.

Intuitivamente, sabemos que los días son más cálidos cuando hay nubes. Por supuesto, experimentamos un calentamiento más directo de la luz solar directa, pero la cubierta de nubes mantiene la temperatura cuando el sol no está en su apogeo al actuar como una capa aislante para evitar que la convección disipe ese calor, manteniendo una capa de aire más caliente cerca del suelo. Este efecto se experimenta localmente, por supuesto, pero los modelos sugieren que el aumento de la humedad aumentará las temperaturas globales. Este es todavía un tema de discusión e investigación importante , pero está bien respaldado por la ciencia hasta la fecha.

Entonces, el enfoque de sus armas nucleares no debería ser específicamente para calentar los océanos. En cambio, debería ser dispersar la mayor cantidad posible de vapor de agua en el aire. No necesitas hervir el agua, solo necesitas maximizar el efecto del aerosol.

Tenga en cuenta que este es un escenario diferente al invierno nuclear o al invierno volcánico , donde las partículas de hollín en la atmósfera evitan que el calor llegue a la Tierra. El vapor de agua deja pasar cantidades sustanciales de calor y luz, por lo que aunque las nubes y el humo son superficialmente similares, sus efectos son diferentes.

Por lo tanto, las explosiones deben usarse para expulsar vapor de agua, un mejor jugador de efecto invernadero que el CO2, al aire. Lo siento si me estoy perdiendo algo obvio, pero ¿cómo juega un papel en eso mantener la lluvia radioactiva?
@BMF Fallout es lo que sea que la explosión arroje al aire.
oh, cierto, está bien. Solo escucho "fallout" junto con "nuclear", así que ahí es donde estaba mi confusión. El único tipo de lluvia radiactiva que no me gustaría es el tipo transuránico nuclear.
@BMF TBH probablemente no sea su mayor preocupación si el planeta está a punto de morir congelado. Un riesgo ligeramente mayor de cáncer es solo un problema si puede vivir lo suficiente para que el riesgo se manifieste.

Ampliando la respuesta de @ RottweilerOnMarket-day, he generalizado sus cálculos en fórmulas.

Para un radio de planeta dado R , altitud sobre la superficie H , y aprox. kilotonaje de explosiones "nucleares" k ,...

  • ...la fracción de cielo ocupada por el disco del planeta en altitud H viene dado por el diámetro angular: D = − arcsen ( − R / ( H + R ) ) π ,
  • ...la potencia requerida para mantener una atmósfera similar a la de la Tierra es de: W = 1.74 ∗ 10 17 ∗ 4 R π 2 5.101 ∗ 10 14 ,
  • ...el kilotonaje de las ráfagas en julios: k = k ∗ 4.184 ∗ 10 12 ,

Podemos encontrar la frecuencia de las explosiones requeridas para mantener la atmósfera a través de: mi H z = W k ∗ D

Para un mundo del tamaño de Marte con radio 3400 k metro y explosiones de 10 Mt a una altitud de 1000 k metro obtenemos mi H z ≈ 42 H z

Calentar un mundo bombardeando los océanos
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