¿Cómo puede Ganímedes tener una gravedad similar a la de la Tierra sin que nos demos cuenta?

Imagine una pequeña civilización humanoide primitiva que se desarrolló de forma independiente en cuevas bajo la superficie de Ganímedes. Podemos suponer que hay suficiente luz que se filtra a través de la superficie cristalina para albergar vida, y que hay suficiente aire atrapado en estas cuevas para que respiren.

Pero digamos que estas personas también tienen una gravedad ligeramente mayor que la de la Tierra. ¿Cómo podría ser ese el caso? ¿Y por qué los astrónomos de la Tierra no lo habrían descubierto antes?

Además, ¿existen otros factores significativos que dificultarían el desarrollo de vida similar a la Tierra? ¿Cosas que serían más difíciles de rechazar con la mano?

(La ciencia ficción aquí es tan difícil como el algodón de azúcar, por lo que las respuestas no necesitan ser completamente realistas. Solo me gustaría evitar contradecir directamente las observaciones conocidas más de lo necesario).

Bienvenido a Worldbuilding. Realice el recorrido y visite el centro de ayuda . ¿Puede agregar una etiqueta que explique qué tipo de respuesta está buscando? ¿Basado en la ciencia o en la magia?
Gracias. Agregué la etiqueta basada en la ciencia y estoy revisando el recorrido ahora mismo.
¿Hay extraterrestres o Q involucrados? La gravedad está vinculada a la masa, y ambas gobiernan las características orbitales, por lo que, a menos que haya alguna fuerza externa en juego, la gravedad se establece para Ganímedes. Además, ¿evolucionó la vida allí, o fue sembrada? Porque los humanos no son inevitables como producto de la evolución...
Soy bastante flexible sobre los orígenes últimos de la vida allí. Felizmente podría ir con una teoría de "antiguos extraterrestres sembrados tanto en la Tierra como en Ganímedes hace miles de millones de años" si eso hace las cosas más fáciles. Y estaría bien si sugiero que esos antiguos alienígenas usaron alguna tecnología avanzada desconocida o materiales "imposibles" para crear intencionalmente un entorno ideal allí.
Otro pensamiento: no necesariamente necesito que toda la luna tenga una alta gravedad. Solo necesito un entorno de alta gravedad que sea lo suficientemente grande para una pequeña civilización subterránea. Hacer girar todo un sistema de cuevas parece bastante poco realista, pero tal vez haya otras buenas opciones de pseudogravedad. ¿O podría tener un solo punto muy denso que produjera G altas en un área pequeña que se reducía sustancialmente con la distancia?
Sembrar miles de millones de años atrás no es suficiente. Para obtener humanos, necesitas sembrar humanos, así que hace unos 5 millones de años como máximo. Piense en la gravedad como una lámina de goma plana: la empuja con una fuerza que representa la masa, luego la inclinación de la pendiente en todos los puntos a lo largo del cuenco creado le indica la atracción gravitacional allí. No se puede tener una pendiente pronunciada (alta atracción gravitacional) y al mismo tiempo un cuenco estriado (no hay influencia un poco más lejos) sin interferir de alguna manera con la hoja de goma (espacio-tiempo) en formas onduladas.
Creo que te queda magia (o tecnología lo suficientemente avanzada como para ser indistinguible).
@AdmiralJota, ¿necesita la gravedad debido a... la gravedad o la necesita debido a sus efectos? Una "atmósfera" (MUCHO) más densa y pesada podría producir algunos de los efectos que podría estar buscando (al menos desde un punto de vista suave de ciencia ficción)
@Adriano Repetti Lo quiero principalmente para que puedan funcionar fácilmente en la Tierra (y para que los humanos puedan funcionar fácilmente allí) sin ningún entrenamiento o equipo especial.
Bueno, entonces no, estaba pensando en una atmósfera mucho más pesada, pero luego no podemos respirar allí y ellos no pueden respirar aquí.

Respuestas (11)

No cambies la masa, cambia la densidad.

(Ciencia suave por delante: ¡todas las manos se preparan para el impacto!)

Una cosa que probablemente no deberías hacer es cambiar la masa de Ganímedes. Eso cambiaría su órbita (y su influencia en las otras lunas) de manera inevitable y fácilmente observable. Tendrías que hacer algunos movimientos de mano elaborados para que Ganímedes parezca ser su masa aparente mientras tiene una masa real muy diferente.

Tener una solución cambiando la densidad todavía requerirá un poco de movimiento manual, pero tal vez sea permisible en un universo de "ciencia ficción de algodón de azúcar"... ¡usted puede ser el juez de eso!

Para lograr una gravedad similar a la de la Tierra en sus cuevas, tendríamos que: 1) hacer que el núcleo de Ganímedes fuera anormalmente denso y su manto anormalmente liviano, y 2) ubicar sus cuevas mucho más cerca del núcleo. El saludo manual requerido para que esto suceda es doble:

En primer lugar, para concentrar realmente la masa de Ganímedes tanto en el núcleo, no podría usar ningún material natural en el universo conocido. Los materiales hechos de elementos convencionales son demasiado livianos, y la materia degenerada de electrones o neutrones no permanecería comprimida bajo la gravedad terrestre: explotaría. Entonces... probablemente la mejor solución de ciencia ficción suave (sin invocar generadores de gravedad artificial) es que el núcleo de Ganímedes contiene materia degenerada que, por alguna razón , no puede descomprimirse. (¿Se trata de una materia especial? ¿Se trata de un campo de estadísticas que se produce de forma natural? ¡Onda manual!) Del mismo modo, tendrá que agitar manualmente un material para componer el manto de Ganímedes que es extremadamente ligero y de alguna manera se parece a nuestros telescopios como un océano salado. (Ver https://en.wikipedia.) Lo que nos lleva al siguiente punto...

Tendremos que analizar a mano algunas de nuestras observaciones de la apariencia física de Ganímedes y su factor de momento de inercia ( https://en.wikipedia.org/wiki/Moment_of_inertia_factor ). Para ser honesto, no creo que haya una manera elegante y coherente de explicar todas las observaciones que hemos hecho al respecto. Pero al menos, intente tener una razón de por qué la superficie de Ganímedes está o parece estar compuesta de hielo de agua y roca de silicato, y por qué parece tener un océano salado bajo la superficie y un núcleo rico en hierro.

(Para abordar la superficie, ofrecería esto... nuestro material de manto extremadamente liviano es de alguna manera también bastante duro y rígido, y la roca de silicato de la superficie es principalmente capas de polvo/fragmentos de impactos de meteoritos).

Gracias, ¡esto parece muy prometedor! Buen alimento para reflexionar sobre los materiales exóticos y la apariencia física. (Te votaré tan pronto como tenga suficiente representante para hacerlo).
Podrías usar un agujero negro. ¡Incluso más densa que la materia degenerada, estable (hasta que se descompone) y existe en la vida real!
Sí, lo he estado pensando un poco más desde que escribí mi respuesta y un agujero negro cerca del cual vive la gente fue lo único que se me ocurrió que es ligeramente viable, e incluso eso tiene suficientes problemas para decirlo. firmemente en el reino de la ciencia del algodón de azúcar)
Los pequeños agujeros negros se descomponen rápidamente, y el teorema de la capa hace que sea increíble que se quede en el centro.
Sí, no me había olvidado de los agujeros negros. Requerirían un tipo diferente de movimiento de manos, eso es todo (¿por qué el resto de la luna no cae en él?).
No funcionará. Considere una estrella. Si reemplazaras el sol con un agujero negro de la misma masa, la gravedad producida a una distancia dada (más allá del horizonte de eventos, obviamente) desde el centro de masa sería exactamente la misma incluso aunque la densidad sea significativamente mayor y el radio mucho más pequeña. Para producir una gravedad similar a la de la Tierra, se necesita una masa similar a la de la Tierra, y desde fuera de Ganímedes no habría diferencia en la capacidad de detectar eso, independientemente de la variación de densidad interna.
@KeithMorrison: eso sería cierto para las distancias fuera de la superficie inicial del cuerpo. Sin embargo, si tomamos un punto dentro del sol, digamos en algún lugar a la mitad del radio del sol, entonces ese punto sentiría una mayor atracción gravitatoria si toda la masa del sol estuviera compactada dentro de la mitad del diámetro del sol.
@ Mołot: un agujero negro debe ser muy pequeño para que se descomponga tan rápido. Un agujero negro de masa lunar duraría del orden de 10^44 años si se cree en la calculadora de xaonon.dyndns.org/hawking .
Hice algunos cálculos rápidos sobre esto. El "radio real" de Ganímedes tendría que ser rGanímedes = sqrt(masaGanímedes/masaTierra)*rTierra o unos 1000 km (en lugar de 2634 km), lo que no suena tan mal. Pero la densidad entonces tendría que ser de unos 35000 kg/m^3, más que cualquier material normal en la tierra .
¡Gracias, @Dubu! Quería hacer cálculos, pero no he encontrado el tiempo. Muy apreciado.
¿Quizás usar la segunda isla teórica? en.wikipedia.org/wiki/Isla_de_estabilidad

Lo siento, pero es imposible.

Ganímedes tiene el 2,4% de la masa de la Tierra. Esa masa es la que genera la gravedad.

Si tuviera más gravedad, distorsionaría las órbitas de las otras lunas y lo sabríamos. Conocemos la masa de todos los cuerpos sustanciales del sistema solar (y, de hecho, algunos de ellos fueron detectados porque estaban distorsionando las órbitas de las cosas que conocíamos y pudimos ir a buscar en el lugar correcto).

http://solarviews.com/eng/ganymede.htm

Debe encontrar una forma de lograr sus objetivos que no involucre la gravedad tal como la conocemos. Por ejemplo, son posibles pies con garras para agarrar el hielo, botas magnéticas o simplemente rebotar en túneles de hielo.

¡ La masa se combina con el radio para formar la gravedad! Si fuera mucho más pequeño, podría tener una gravedad similar a la de la Tierra. Es por eso que la idea de "densidad variable" es más factible: si hubiera un núcleo mucho más denso (es decir, de radio pequeño) y la "gente" estuviera cerca de él, G sería mucho mayor.
Puede ser imposible, pero no por la razón que mencionas. Ver "¿y si? pequeño planeta"
@EricDuminil: Eso es para un asteroide de 2 m de diámetro. Ganímedes es mucho más grande que eso.
@nikie: Claro. Solo quería señalar que la masa por sí sola no puede ser la única razón por la que posiblemente no funcione.
@Jeffiekins no es la gravedad de Ganímedes, pero el problema es que nosotros lo sepamos. La gravedad define la órbita y su relación con Júpiter y las demás lunas. T
@user151841: Si reemplaza a Ganímedes con un balón de fútbol de la masa de Ganímedes, nada cambiaría para Júpiter o las otras lunas. Lo único que cambiaría sería la gravedad en la superficie de Ganímedes. Lo mismo sucede (es decir, nada) si el sol se convierte en un agujero negro .
@EricDuminil Bueno, eso ilumina la otra mitad del problema. Si Ganímedes fuera del tamaño de un balón de fútbol, ​​pero tuviera la misma masa, no sabríamos que estaba allí y habríamos tenido que descifrar el misterio de la "luna perdida" de Júpiter. Habríamos concluido que había una luna muy pequeña y muy densa que tenía que estar allí, debido a sus efectos gravitatorios en las órbitas. Sin embargo, si es lo suficientemente grande como para que podamos verlo, sabemos que está allí y, al verlo, podemos entender su órbita y deducir su masa. Realmente no hay forma de evitarlo. Sabemos que está ahí de una forma u otra.

Retrocedamos y averigüemos cómo conocemos la masa/gravedad en Ganímedes. (Leer más aquí).

En primer lugar, necesitamos calcular el radio de la Tierra. Esto se conoce con un grado de precisión relativamente alto desde hace mucho tiempo. Entonces necesitamos medir cuál es la 'atracción gravitacional', o masa, de la Tierra, usando un objeto de una masa conocida. Con esto en la mano, podemos calcular la masa del sol conociendo su distancia a la Tierra (nuevamente, la ciencia lo ha demostrado).

Desde aquí podemos medir la masa de cualquier planeta de nuestro sistema solar con relativa facilidad. Ahora que conocemos la masa de Júpiter, podemos observar a Ganímedes y calcular su masa también.

En cualquier momento, si hubiera un error (y tenga la seguridad de que no hay uno lo suficientemente grande como para lograr lo que solicita), afectaría nuestras mediciones de todo lo que se encuentra en esa cadena vinculada. Entonces, en su caso, tendríamos que haber medido mal los movimientos orbitales de Júpiter o los de Ganímedes (o probablemente ambos para obtener el aumento de masa que necesita).

Baste decir que esto es muy poco probable.

En cuanto a su otra pregunta, verifique la cantidad de radiación en Ganímedes. Con 8 rem al día, definitivamente causará estragos en tu vida terrenal con el tiempo.

Creo que hay un error en ese documento que cita. Solo puede obtener la masa del sol como se describe allí. Para obtener la masa de un planeta, debe tener una luna (el método le permite obtener la masa de un cuerpo central, no de los que lo orbitan). Entonces, la masa de Ganímedes se estima, no se calcula. A menos que esté determinado por las perturbaciones de las órbitas de otras lunas, pero eso no es trivial.

Si las cuevas giran muy rápidamente, los habitantes experimentarían algo que perciben como gravedad dentro de la cueva. Al salir de la cueva, se volverían casi ingrávidos.

Imagina que en el interior de Ganímedes hay una esfera que gira mucho más rápido que el propio planeta. ¿Por qué? Necesitarás una razón, como que algunos otros habitantes querían un paseo de diversión, pero se aburrieron y se fueron, o algo se estrelló contra Ganímedes a la perfección. Entre la superficie de Ganímedes y la esfera tal vez haya una capa de algo líquido, con muy poca fricción. Dentro de eso hay una esfera que gira rápidamente, o al menos un anillo (rosquilla). Los habitantes del interior creerían que había gravedad hacia la superficie. Llegar a ellos puede requerir algún tipo de arreglo especial, pero si ese arreglo es hermético, entonces su aire también permanecerá en su lugar.

Me gusta la idea del gravitrón gigante. Quizás alguna nave masiva de una generación antigua se estrelló, incrustándose en la superficie, introduciendo simultáneamente vida y un giro extremo.
@Wazoople O tal vez Ganímedes es el barco, y algo de material del anillo se ha adherido con el tiempo...

Posiblemente haya alguna forma semicientífica o mágica de generadores de gravedad que generen gravedad (como en muchas óperas espaciales como Star Trek y Star Wars). Los generadores de gravedad se utilizan para proporcionar gravedad artificial en naves espaciales en muchas óperas espaciales.

Y tal vez alguien colocó tales generadores de gravedad debajo de los pisos de cavernas selladas llenas de aire debajo de la superficie de Ganímedes. La luz en esas cavernas también puede ser artificial. Si las cavernas están selladas y herméticas, el aire se mantendrá dentro de las cavernas, y la gravedad artificial no sería necesaria para retener la atmósfera, pero podría ser necesaria para proporcionar gravedad para la salud de la población humana.

De hecho, se considera posible que pueda haber formas de vida en océanos líquidos debajo de las superficies cubiertas de hielo de Ganímedes y otras lunas en el sistema solar exterior. Entonces, lo que está proponiendo es vagamente similar a esa especulación, excepto que propone pequeñas cavernas llenas de aire en el hielo en lugar de un océano mundial debajo del hielo.

El efecto combinado de esos generadores de gravedad debería aumentar la gravedad general de Ganímedes y hacer que parezca un poco más masivo de lo que realmente es. Pero si esos generadores de gravedad están debajo de solo una pequeña fracción de la superficie de Ganímedes, el efecto total puede ser muy leve.

Y cuando las sondas espaciales se pongan en órbita alrededor de Ganímedes, pueden detectar los efectos de esos generadores de gravedad, al igual que los primeros satélites lunares detectaron concentraciones masivas (mascons) en la luna.

https://en.wikipedia.org/wiki/Mass_concentration_(astronomía) 1

Y posiblemente el análisis de las extrañas lecturas de gravedad puede probar que no pueden ser el resultado de mascons de Ganímedes sino que deben ser causados ​​por la gravedad generada.

Pueden vivir dentro de una centrífuga giratoria. Al controlar la velocidad (e inclinar el piso), puede generar cualquier nivel de aceleración similar a la gravedad que se necesite, desde Ganímedes hasta la Tierra o más. La centrífuga fue dejada allí por una civilización anterior más avanzada que también dejó todos sus otros sistemas de soporte vital. ¿La intensa radiación de Júpiter es un problema para ellos?

¡Bienvenidos a Worldbuilding! Su respuesta es buena, pero debe eliminar la última oración. Si tiene una pregunta para el OP, debe formularla en un comentario. Sé que aún no puedes comentar, y eso siempre es un problema para los nuevos usuarios, pero hay un montón de preguntas que no necesitan ninguna aclaración adicional. Por el momento, continúe y omita cualquier pregunta que no pueda responder sin más información hasta que obtenga suficiente reputación para comentar. ¡Buena suerte!

El propio Ganímedes está repleto de materiales de alta densidad, como depósitos de tungsteno y uranio, lo que da como resultado una masa total similar a la de la Tierra, fácilmente 50 veces más grande de lo que debería ser. Elementos superpesados ​​artificiales más allá de cualquier cosa jamás fabricada en un laboratorio.

La superficie de Ganímedes está cubierta por una gruesa capa de polvo de cavorita , lo que hace que su densidad inusualmente alta se anule casi por completo, y la gravedad/efecto de masa que se filtra a través de la cavorita es solo un dos por ciento de su fuerza natural.

Dentro de las cuevas, la gravedad no se ve afectada y los habitantes experimentan condiciones terrestres normales.

Si desea que la superficie en sí tenga la gravedad normal de la Tierra, puede indicar a mano que la Cavorita atenúa los efectos de la gravedad para que caiga muy rápidamente, por ejemplo, en cuestión de metros. Acortando la longitud de las ondas de gravedad a algo que podrías medir con una vara de medir. Lo que significa que puedes caminar normalmente, pero lanzas una pelota al aire y no volverá a caer.

Anexo:
Habiendo ido y buscado densidades materiales, me di cuenta de que la densidad requerida para que Ganímedes sea literalmente 5000 veces más masivo de lo que parece está mucho más allá del tungsteno o el uranio o incluso el osmio o el hassio.
Necesitas un material con una densidad de 779.634.464.751,96 kg/m^3 para hacerlo.

He corregido mi respuesta en consecuencia.

Estaba fuera por 10 en mi cálculo de densidad y pensé que necesitarías un elemento súper denso artificial... Un poco decepcionado, solo necesitas tungsteno.
Descargo de responsabilidad. ¡No tengo idea de si un núcleo de depósitos de tungsteno y uranio sería suficiente para producir una masa similar a la de la Tierra! Pero verificar vs Hierro por peso molar probablemente sería una comparación útil.
Solo fui e hice algunos cálculos. El hierro es de 7850 kg/m^3, mientras que el tungsteno es de 19600 kg/m^3. Entonces, técnicamente hablando, es entre 2 y 3 veces más denso. Necesitarías algo 5 veces más denso que el tungsteno para lograr una masa similar a la terrestre con Ganímedes. El uranio es menos denso que el tungsteno a 18900 kg/m^3. Entonces sí. probablemente necesites un elemento superdenso artificial. Buena suerte fabricando uno que no sea un elemento radiactivo de vida ridículamente corta.
El osmio es de 22 590 kg/m ^ 3, todavía no es viable para esto, y el hassio (el material más denso jamás fabricado en un laboratorio) es un poco más denso con 22 610 kg/m ^ 3.
Creo que tenías razón la primera vez... Para obtener la misma aceleración gravitacional (en la superficie) que la Tierra (9.81 metro / s 2 ), pero manteniendo el mismo radio, Ganímedes (1,5 metro / s 2 ) solo necesita volverse unas 7 veces más pesado ( a metro ), por lo tanto 7 veces más denso. Su densidad de corriente es de aproximadamente 2 gramo / C metro 3 eso nos lleva a unos 15 gramo / C metro 3 . Lo cual es fácilmente alcanzable con materia normal.

Creo que su única solución 'realista' es un generador de gravedad con un alcance muy limitado. Si la atracción gravitacional real de Ganímedes fuera mayor de lo que debería ser, afectaría su órbita y la órbita de cualquier otra cosa que se le acercara, lo que habría sido detectado desde lejos por los astrónomos.

Un generador de gravedad (presumiblemente construido y luego abandonado por algunas especies antiguas) que solo alcanzó una distancia muy corta sobre la superficie, por lo que la atmósfera y los habitantes se mantuvieron firmemente arraigados, pero no lo suficiente como para afectar las características orbitales. Naturalmente, un campo gravitatorio real no actuaría de esa manera, pero dado que está inventando un generador de gravedad que genera gravedad artificial, es totalmente libre de hacer que la gravedad artificial se comporte de una manera no estándar.

La gravedad es generada por la masa y tiene un rango infinito. ¿Cómo se puede eludir esto desde un punto de vista científico?
@ L.Dutch El póster postula un generador artificial de campo gravitatorio que no necesita masa y tiene un alcance corto. No hay necesidad de inventarlo, ya que esto es WorldBuilding y no Physics.
Hablando en términos topológicos, puede ver la gravedad como una muesca en el espacio-tiempo (es decir, la vieja demostración de hoja elástica). campo, necesitaría esencialmente "arrugar" el espacio-tiempo para hacerlo. como agarrar parte de la sábana y juntarla para que cuelgue suelta en el medio. Si supiera cómo implementar eso, habría ganado un premio nobel :P

Algunas respuestas son un poco engañosas, especialmente aquellas que citan el artículo de Scientific American . Solo puede obtener la masa del objeto primario a partir de la mecánica orbital simple. Por lo tanto, no puede obtener la masa de Ganímedes simplemente observando el radio y el período de su órbita alrededor de Júpiter (es una forma bastante buena de obtener la masa de Júpiter, pero ese no es el punto). Cualquier objeto en el radio de Ganímedes orbitaría Júpiter en el mismo período, independientemente de su masa.

Para una esfera de tamaño dado, el campo gravitatorio en la superficie depende de la densidad, de modo que:

ρ = 3 gramo 4 π GRAMO r

Entonces, si desea la gravedad de la Tierra en un planeta del tamaño de Ganímedes, debe hacerlo con material con una densidad de aproximadamente 15   gramo / C metro 3 .

Esto es bastante denso, aproximadamente tres veces la densidad de la Tierra. Sin embargo, si Ganímedes está hecho principalmente de algunos elementos muy densos como tungsteno o uranio (como lo menciona @Ruadhan), funcionaría.

Me temo que realmente no funcionaría. Según mis cálculos, necesitaría un material al menos 7 factores de 10 más denso que el material más denso jamás fabricado o encontrado para hacer que Ganímedes sea remotamente tan pesado como la tierra. pero si asumimos que los extraterrestres crearon un planetoide artificial a partir de isótopos superpesados ​​estables y lo recubrieron con materiales más normales, eso sería suficiente. El tungsteno y el uranio son bastante insignificantes en comparación con los requisitos.
Consulte la nota anterior: cometí un error la primera vez, pero creo que este cálculo es correcto. Un planeta pequeño y denso puede tener fácilmente un campo gravitatorio similar al de la Tierra. Puede ser bastante improbable, pero los metales normales son bastante densos (¡como dijiste en tu primera respuesta!)

magnetismo

Reemplace la gravedad con magnetismo. Los habitantes de tus cuevas solo conocen el metal. Sin madera, sin pieles, sin plásticos. Usan acero, construyen de acero y su comida es... complicada. Debajo de las cuevas hay una poderosa fuente de magnetismo: una antigua nave espacial o un fenómeno natural. (explica por qué tienen tanto hierro para empezar)

Entonces, todos los objetos metálicos son empujados hacia abajo, y dado que las personas no tienen nada más, funciona exactamente como la gravedad. Excepto que las personas casi vuelan si están desnudas, pero también puedes usar eso en tu historia.

Me gusta esta idea, Ganímedes está repleto de tierras raras tampoco está fuera del alcance de la posibilidad.

Ganímedes no es una luna formada naturalmente; es una nave espacial extraterrestre que secuestró a personas en la era [insertar] que luego derrotaron a sus captores y vivieron dentro de la nave espacial, que luego se desplazó hasta que fue capturada por Júpiter. La nave espacial tiene, por supuesto, gravedad artificial y está construida alrededor de un reactor en el núcleo, pero el reactor está en modo de espera, y solo proporciona a las personas que viven allí el oxígeno, el agua, etc., necesarios para su supervivencia. Cultivan plantas alienígenas y terrestres que los alienígenas reunieron para estudiar y tal vez también tengan algunos animales domésticos, también recolectados originalmente por los alienígenas.