Costos de energía de dar lunas a Marte y Venus: ¿lunas gigantes gaseosas en movimiento versus capturar un planeta rebelde?

Como muchos aquí probablemente saben, uno de los factores que hacen que tanto Marte como Venus sean inhabitables para los humanos es la falta de una magnetosfera para mantener alejados los vientos solares.

En el escenario en el que estoy trabajando, quería que Marte y Venus fueran terraformados. Entre los pasos dados en el proceso de terraformación; cada uno tendría una luna puesta en órbita para introducir fuerzas de marea en los planetas.

He pensado en tres posibles soluciones para dar una luna:

  • Los científicos descubren una ventana en la que pueden lanzar una luna gigante gaseosa fuera de órbita en un camino que, con posibles ajustes realizados en el camino, daría como resultado que quedara atrapada en una nueva órbita sin interrumpir ningún otro cuerpo planetario. La Tierra envía equipos para configurar sistemas automatizados que actuarán una vez que llegue la ventana. Posiblemente podría crear dos mundos listos para la colonización de una sola vez, dependiendo de qué lunas se apoderen.
  • Se detecta un pequeño planeta rebelde en un camino a través o cerca de nuestro sistema solar y se envían naves no tripuladas para ajustar su curso para capturarlo en una órbita estable alrededor de Venus o Marte. (Solo uno de ellos sería terraformado en este escenario, lo cual está bien).
  • Los planetas enanos y los asteroides más grandes se reúnen para crear una luna artificial que luego se coloca en órbita alrededor de su nuevo hogar. El ensamblaje puede tener lugar en órbita, antes de ser movido o camino a su nuevo destino. Resulta que no hay material suficiente en el cinturón de asteroides para acomodar este método. Lo que nos llevaría a arrancar lunas fuera de órbita, pero varias más pequeñas en lugar de una sola grande.

Suponiendo que se creen propulsores en la escala para mover planetas de manera segura (incluso si se los considera algo ridículos en el mundo) y que las lunas propuestas de los tres métodos tienen la misma proporción en masa para cada uno de los planetas que serán enviados en órbita, ¿cuál de estos métodos sería el más eficiente energéticamente?

Sé que los tres van a tener costosas demandas de energía/tiempo, pero quiero saber cuál es el menos loco de los tres.

Nota del escritor: La escala ridícula y el aumento de impuestos para financiar este proyecto masivo están destinados a ser parte de la historia de fondo y uno de los factores que impulsa a las colonias exteriores a declarar su independencia del gobierno interestelar de la Tierra.

Como pregunta secundaria, ¿sería posible utilizar la inserción de dicha luna en la órbita de Venus para aumentar también su asombrosamente lenta velocidad de rotación? Para matar dos pájaros de un tiro. (Solo como algo para ahorrar tiempo/combustible/dinero).

He visto un puñado de respuestas sobre planetas en movimiento / lunas / etc. y, vaya, el gasto de energía es enorme. Un planeta "pícaro" requeriría aún más energía. Por otro lado, los asteroides en movimiento requerirían muchos gastos de potencia significativa pero a una escala mucho más pequeña y cantidades excesivas de tiempo.
¿Cuánta masa quieres? Creo que los únicos objetos conocidos lo suficientemente grandes como para ser una luna significativa ya son lunas. Todos los planetas enanos y todos los asteroides juntos no son la mitad de nuestra luna.
Pensé que podría haber suficiente material en el cinturón de asteroides y los planetas enanos, pero si ese es el caso, entonces puedo eliminarlo de la lista. De hecho, al mirarlo, ¡resulta que la masa total del cinturón de asteroides es el 4% de la masa de nuestra luna!
Paso 1: calcule el delta-v requerido para mover su candidata a la luna desde su Órbita A actual a la nueva Órbita B. Paso 2: multiplique por la masa de la candidata a la luna. Calcule que esta es la cantidad de julios de energía necesarios (la conversión exacta es irrelevante, incluso si es 1000 a 1, todavía terminará con una cantidad estúpidamente grande de 0 detrás de su dígito más significativo).
¿Has considerado darles lunas como nosotros conseguimos las nuestras, impactándolas con fuerza, generando eyecciones que luego se fusionarán en una bonita luna? consume mucho tiempo, pero tal vez menos energía?
¿No haría eso también que ese planeta se derritiera durante mucho tiempo? ¿En algún lugar en el rango de miles a millones de años?
"¿Eso no haría que ese planeta también se derritiera por mucho tiempo?" Y la gente piensa que NUESTRA luna llena ilumina la noche. Dirigir un planeta rebelde hacia una luna para generar una porción significativa del delta-v requerido ayudaría a los cálculos. También esparciría escombros planetarios por todo el sistema, lo que podría ser su propio punto de trama.
La energía de las mareas no es el problema. Necesitas remover la espesa atmósfera lejos de Venus. Las lunas no juegan un papel adecuado en la terraformación.

Respuestas (1)

Puedes comparar usando delta-v

El presupuesto delta-v de una misión le indica el cambio total en la velocidad que necesitará para sacar un objeto de una órbita y ponerlo en otra. Este cambio de velocidad está relacionado con el consumo de combustible por la ecuación del cohete .

Δ v = v mi X h a tu s t Iniciar sesión ⁡ metro 0 metro F

La energía de la quema delta-v se puede calcular como la energía cinética del escape de combustible. La velocidad de escape es v mi X h a tu s t , mientras que el combustible utilizado es metro 0 − metro F . La energía de un viaje es entonces

1 2 ( metro 0 − metro F ) v mi X h a tu s t 2 .

Así, la energía que se necesita para cambiar de órbita depende en gran medida de los medios de propulsión. Dado que no especificó un sistema de propulsión o sus características, debemos calcular los requisitos de energía en términos de delta-v.

Requisitos de la órbita de transferencia

Una órbita de Hohmann es una órbita elíptica que se utiliza para transferir entre otros dos objetos en órbita (como los planetas). Atomic Rockets tiene tablas de transferencia de Hohmann bastante completas .

Para Venus y Marte de los cuatro gigantes gaseosos, el cinturón de asteroides y el espacio profundo, aquí están los potenciales delta-v. La columna total es delta-v total; insertar es la quemadura para insertar la luna en una órbita de transferencia, mientras que llegar es la quemadura para salir de la órbita de transferencia y comenzar a orbitar el planeta. Tenga en cuenta que el objeto del espacio profundo no está orbitando alrededor del sol, comienza en una especie de órbita de transferencia. Todas las unidades en km/s.

                  Insert    Arrive       Total
Asteroid-Venus       6.1       6.4        12.5
Jupiter-Venus       18.0       8.1        26.0
Saturn-Venus        11.1       9.1        20.2
Uranus-Venus         6.8       9.8        16.6
Neptune-Venus        7.3      10.0        17.3
Deep Space-Venus              17.8+       17.8+

Asteroid-Mars        2.5       2.4         5.0
Jupiter-Mars        17.8       4.2        22.0
Saturn-Mars         10.9       5.5        16.4
Uranus-Mars          6.7       6.5        13.2
Neptune-Mars         7.2       6.9        17.3
Deep Space-Mars               11.2+       11.2+

Comentario

En primer lugar, la transferencia orbital delta-v no cuenta toda la historia en absoluto. También están las características orbitales de lo que estás moviendo. Por ejemplo, supongamos que desea mover Tritón , luna de Neptuno. Su órbita es tanto retrógrada (hacia atrás) como muy inclinada. Así que esto te llevará mucha más energía que una simple transferencia de Hohmann. Así que estas son solo pautas en el mejor de los casos.

Dicho esto, es más fácil llegar a Marte que a Venus, sin importar cuál sea su destino inicial. Es más difícil sacar lunas de Júpiter, ya que es el gigante gaseoso más masivo. Urano, el menos masivo, es el más fácil de mover lunas fuera de su órbita.

El cálculo del espacio profundo también debe tomarse con pinzas. Lo que enumeré es la velocidad de escape solar para un objeto que comienza en la órbita de ese planeta. Eso significa la velocidad mínima para escapar del sistema solar, que también es la velocidad mínima para capturar un objeto que no está en órbita alrededor del sol (que es el caso de un planeta rebelde). Sin embargo, el planeta rebelde podría estar moviéndose considerablemente más rápido, por lo que el requisito de delta-v aumentará con la velocidad (desconocida) de los planetas rebeldes. Lo que he enumerado es simplemente un mínimo.

Finalmente, descartó el cinturón de asteroides como fuente de una luna, pero considere que no hay tanta masa colgando en el sistema solar esperando ser capturada. Solo hay 2 objetos del cinturón de Kuiper (Plutón y Eris) y siete lunas (Luna, Titán, Tritón y los cuatro jovianos) que son definitivamente más grandes que el cinturón de asteroides. Después del cinturón de asteroides, el siguiente lugar más fácil para mover cosas es Urano. Pero las cuatro lunas más grandes de Urano no son mucho mejores que las que se pueden obtener del cinturón de asteroides. Por comparación en 10 21 kg de masa:

Titania        3.5
Oberon         3.0
Asteroid Belt  3.0
Ariel          1.3
Umbriel        1.2
Ceres          0.9

Entonces, en lo que respecta a obtener una luna, es casi mejor obtener asteroides que las lunas de Urano. Obtiene aproximadamente 1/3 de la masa total, y es mucho más barato en términos de energía.

Conclusión

La mejor apuesta es probablemente el cinturón de asteroides, aunque la luna sea pequeña. La siguiente mejor apuesta es un planeta rebelde que pasa, siempre que vaya lento y tenga el tamaño correcto. Las posibilidades de eso son básicamente nulas, pero para eso están las historias. Después de eso, si realmente quieres una luna de buen tamaño, Titán es prácticamente la única opción. Tritón tiene malas características orbitales, las lunas de Urano también son demasiado pequeñas y las lunas de Júpiter son bastante difíciles de extraer del pozo de gravedad de Júpiter.

Esta es la mejor respuesta que he visto en WB en lo que va del año :)
¡Gracias por esta útil respuesta! Una parte de mí pensó que Titán era un buen candidato para mudarse, en realidad. Realmente cualquier luna gigante gaseosa con una atmósfera por la razón de que ahora tendría DOS planetas en la zona habitable por el costo de uno. Sin embargo, por lo que pude ver, la masa total estimada del cinturón de asteroides era solo el 4% de la masa de la luna de la Tierra. Eso no me parece suficiente material.
@Arvex Solo para que lo sepas, si acercas Titán al sol, se calentará. Una vez que se caliente, su atmósfera tendrá suficiente energía cinética para escapar de la gravedad de la luna. Entonces, en realidad no obtendrá una atmósfera si elige Titán, en su mayoría se perderá en el espacio cuando lleve a Titán a donde sea que vaya (o, poco después).
@kingledion No había pensado en eso. En mi planificación, estaba más preocupado por una solución a los mismos propulsores que mueven planetas y que dañan la atmósfera. Pero supongo que eso presentaría un problema.
Me imagino que también hay mucha energía para gastar ensamblando dicha luna artificial después de que hayas limpiado el cinturón de asteroides. No estoy seguro de que puedas agruparlos y "dejar que la gravedad haga todo el trabajo" para convertirlo en una luna.
Las órbitas perturbadoras de esta manera bien podrían tener un efecto en cadena, provocando una nueva era de colisiones de asteroides similar a los primeros días del sistema solar. No podemos resolver las ecuaciones gravitatorias, es el problema de N-cuerpos. Júpiter solía estar mucho más cerca del sol, y fue arrojado a su ubicación actual, si no recuerdo mal, poniendo fin a esa era de bombardeo. No es una solución casual.
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