¿Cuál sería el gradiente de presión atmosférica en un pozo abierto que llega al centro de la luna?

Inspirándose en esta pregunta , ¿a qué temperatura se estabilizaría la presión durante decenas de miles de años (en el centro de la luna, la superficie y cualquier otro punto interesante) si creara un pozo estructuralmente estable (construido de unobtanio) que llegara al centro de la Luna? , y lo llenó con los mismos gases que se encuentran al nivel del mar en la tierra?

Suponiendo que dicha atmósfera se estabilizaría activamente a ~20°C donde la presión era de al menos 13 kilopascales , y el extremo superior del pozo está sujeto a la misma ebullición que cualquier atmósfera lunar anterior.

La gravedad percibida en el fondo del pozo sería cercana a cero, pero (suponiendo una fuente de energía suficiente, como la solar o la nuclear), ¿podría el Homo Sapiens prosperar a /alguna/ profundidad en el pozo indefinidamente? ¿O es la gravedad de la Luna demasiado débil para unir esa atmósfera?

Con todo, su pregunta parece ser "suponiendo que pueda construir una columna de gas que se extienda desde la superficie hasta el centro del cuerpo celeste, ¿cuál es la presión en el centro?" lo que suena más como una pregunta (interesante) para la física, no para la construcción de mundos.
Es posible que desee consultar esto physics.stackexchange.com/q/110246
@ L. holandés un poco? Iba por un tipo de trato de rango habitable (temporal a largo plazo con un final abierto, más el tipo de trato "¿sería habitable en cualquier punto físico?")
@ RobertK.Bell sin protección contra el viento solar, el rango de presión terminará siendo alrededor de 0 bastante rápido. También vea este cuadro : incluso sin viento solar, todo lo que puede obtener a largo plazo en la Luna es xenón. La Luna está por debajo del rango de dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno y agua en el gráfico, lo que significa que bajo las temperaturas de la Luna, las partículas simplemente volarían. "Iba a por un rango habitable" - lo siento, pero no lo obtendrás.
@Mołot de hecho. El contenido del pozo experimentaría algo de viento solar dependiendo de la latitud de la entrada. Pero, ¿qué tan ancho sería necesario un pozo para que el viento solar vacíe el pozo por completo dentro de la vida esperada de una civilización? (digamos al menos 5k años) . Y, ¿esa presión de ~0 en la parte superior va a ser un problema, evitando que el pozo acumule al menos 13 kpa a cualquier profundidad?
@RobertK.Bell Vea este boceto : la Tierra está girando el viento solar y golpea prácticamente todas las regiones, con diferente intensidad y en ángulos cambiantes. demasiado complicado para mí para calcular. Dicho esto, el escape térmico te dejaría casi sin nada más que xenón de todos modos. No puedo encontrar citas ahora, pero recuerdo haber leído que pasarían cientos de años, no miles, desde la presión similar a la de la Tierra hasta 0 en la luna.

Respuestas (1)

Editar: información adicional por chat y actualización de preguntas:

Por un lado, si tiene control total sobre la cantidad de aire que entra en el tubo, también tiene control total sobre la presión del aire. Por otro lado, desea bombear suficiente aire para que dure muchos milenios.

Como se analiza a continuación, debido a varios factores, la atmósfera ("¿atmocilindro?") Siempre estaría desangrándose hacia el espacio. Con eso en mente, la respuesta a su pregunta depende de si está abierto a reponer el aire dentro del tubo con el tiempo, o si desea llenarlo solo una vez al principio; Me referiré a ambos escenarios. De cualquier manera, según entiendo su pregunta, el objetivo es asegurarse de que haya alguna sección del tubo donde los humanos puedan sobrevivir en todo momento. También estoy suponiendo que la población tiene la capacidad de ajustar la profundidad de su habitación.

(En aras de la discusión, supongamos que su composición típica de aproximadamente 78 % de nitrógeno y 21 % de oxígeno (consulte la nota 1 a continuación), que la luna tiene una composición interna uniforme (consulte la nota 2), que estamos ignorando los factores de compresión del aire , y que puede mantener una temperatura cómoda en todos los niveles de su tubo (de lo contrario, se calentaría demasiado para que las personas sobrevivieran a medida que avanzaba más profundo debido a la presión, y en algún momento los gases podrían incluso licuarse). lo que queremos es una simple aproximación de la presión del aire.)

Escenario 1: Comience con suficiente gasolina para que le dure todo el tiempo, sin tener que agregar más:

En este caso, primero querrá llenar el tubo con suficiente aire para que tenga una rebanada cómoda lo más cerca posible de la parte superior. A medida que el aire se desvanece gradualmente hacia el espacio, la presión del aire en todo el tubo disminuirá, por lo que mueve a su población más abajo en el tubo para compensar.

Entonces, ¿qué tan profunda debería ser la profundidad inicial? Aquí en la Tierra, aproximadamente el 99,0 % de la masa total de la atmósfera se encuentra por debajo de los 30 km, el 99,5 % por debajo de los 50 km y el 99,9 % por debajo de los 100 km (o la línea de Kármán ; consulte también esta página y este gráfico ). Nuestra luna tiene 1/6 de la gravedad de la Tierra, por lo que, en términos generales , la misma presión promedio que sentirías aquí en la Tierra al nivel del mar estaría entre 300 y 600 km de profundidad en tu agujero. Si está de acuerdo con que la presión inicial sea un poco más baja, es posible que pueda aumentar la profundidad superior a 285 - 250 km antes de que la gente promedio comience a tener problemas (como la muerte).

Si su tubo tiene muchos, muchos kilómetros de diámetro, el aire del interior definitivamente podría durar de varios siglos a milenios o más, dependiendo del volumen.

Escenario 2: reponer el gas continuamente:

Esta es la situación más simple de manejar. Tú decides qué tan profundo en el agujero quieres que habiten tus humanos y simplemente llenas tanto aire como sea necesario hasta que alcanzas la presión objetivo para una profundidad determinada. Constantemente bombeas más gasolina para reemplazar el aire que se desangra al espacio. Esto también tiene la ventaja de que puedes alterar libremente la profundidad que ocupa tu población, si alguna vez tienes una razón para hacerlo.

También vale la pena mencionar que cuanta más atmósfera hay sobre tu cabeza, más protección teóricamente recibes de la radiación.

Obviamente, estamos haciendo muchas suposiciones aquí, y las matemáticas son solo una estimación muy clara. Pero esto esencialmente debería darle una idea de lo que necesitaría su entorno deseado.

(Nota 1: más allá del alcance de esta pregunta, la alteración de la mezcla gaseosa puede afectar el rango de presión que un ser humano puede tolerar con seguridad. Consulte aquí , aquí y aquí ).

(Nota 2: en realidad no es así, pero eso realmente no afecta esta respuesta. Ver aquí . Del mismo modo, estoy ignorando cualquier efecto de la rotación de la luna).

(La respuesta original sigue.)

¿O es la gravedad de la Luna demasiado débil para unir esa atmósfera?

Correcto; la luna no puede sostener una atmósfera que imite la composición atmosférica típica de la Tierra. Para empezar, la velocidad molecular de los gases primarios superaría la velocidad de escape . (Aunque la exosfera de la luna contiene naturalmente algunas cantidades mínimas de varios elementos, e incluso un poco de vapor de agua, sigue siendo esencialmente un vacío).

Suponiendo que dicha atmósfera se estabilizaría activamente a ~20°C donde la presión era de al menos 13 kilopascales, y el extremo superior del pozo está sujeto a la misma ebullición que cualquier atmósfera lunar anterior.

¿Cómo lograría esto de todos modos si el agujero está expuesto al espacio? ¿Qué impediría que el aire saliera volando del agujero por su propia presión?

Dado que está utilizando unobtanium en primer lugar, ¿no tendría más sentido construir un tubo cerrado y presurizado, en lugar de uno expuesto al espacio? También podría evitar otros problemas más fácilmente, como los peligros de la radiación.

En cualquier caso, la gravedad no puede impedir que la atmósfera se escape del agujero. Expuestos al espacio, los gases en cuestión son simplemente demasiado livianos para que la luna los retenga sin importar dónde los coloque. Es posible que termine con algunas moléculas traza por un tiempo, pero esencialmente todo escapará porque la gravedad de la Luna es simplemente insuficiente.

gracias Lo que evita que la atmósfera salga volando del agujero por su propia presión es la gravedad. Imagine liberar 1 m³ de aire al nivel del mar en la base del pozo lleno al vacío; ¿ Todo ese aire sube los 1.737 km contra la gravedad para escapar por la cima? ¿Qué tan lejos llega? He seleccionado "unobtanium" para las paredes del pozo porque la profundidad absoluta del pozo es una distracción; Estoy más interesado en saber si los humanos podrían sobrevivir allí sin depender de una esclusa de aire mecánica para su supervivencia.
@ RobertK.Bell Sí, el aire aún escaparía. La gravedad de la luna nunca será lo suficientemente fuerte como para contener los gases, sin importar qué tan profundo vayas. Esto se debe a que, en términos generales, la gravedad disminuirá a medida que se profundice, llegando eventualmente a cero en el centro (puede aumentar un poco al principio dependiendo de la composición exacta de la luna, pero en ningún momento lo hará). ser casi suficiente para mantener la atmósfera). El peso de la atmósfera simplemente no es suficiente para evitar que se escape, por así decirlo.
Entonces, ¿incluso el último átomo de gas viajaría necesariamente por el agujero y escaparía? Entiendo que la gravedad es más fuerte en la superficie y solo disminuye en el camino hacia el interior, pero ¿de dónde viene la energía para que esa última partícula salte ~1700 km hacia arriba? El viento solar sería un obstáculo en todo caso, ya que tendría que bajar por el agujero para alcanzarlo.
@ RobertK.Bell La energía proviene del calor. Las áreas de la superficie de la luna bajo la luz solar directa alcanzan temperaturas de más de 200 C (~400 F). Dado que la energía cinética del gas está directamente relacionada con su temperatura, las moléculas tendrán una energía cinética alta. Incluso si pudieras colocar una atmósfera del tamaño de la atmósfera de la Tierra en la luna, y de alguna manera las temperaturas diurnas fueran unos cientos de grados más bajas, entonces, en el mejor de los casos, podrías pasar un par de siglos antes de que todo se desangre, pero sucederá. (Como indiqué anteriormente, puede haber algunos átomos perdidos al azar dando vueltas, pero eso es todo).
Gracias Dan, pero el gas en el pozo no está en la superficie y no está sujeto a las mismas temperaturas.
@ RobertK.Bell Incluso si cubre el agujero con sombra, el punto es que esos gases a cualquier temperatura eventualmente escaparán. Simplemente estaba tratando de ilustrar un punto de que si toda la superficie estuviera cubierta con una gran atmósfera, aún escaparía. Lo siento, lo expresé mal.
Preguntaste de dónde venía la energía. La respuesta es calor. Incluso un líquido congelado se evaporará lentamente. 20 C bien podrían ser 200 C. Es simplemente una propiedad inherente del gas. Esos gases son demasiado ligeros.
Además, para su preocupación por el viento solar, ese ni siquiera sería el factor principal. Desafortunadamente, incluso sin ningún viento solar, esos gases en particular nunca se estabilizarán permanentemente de esa manera. Ojalá tuviera mejores noticias, pero a menos que quieras mantener una atmósfera de elementos más pesados, simplemente no funcionará.
@ RobertK.Bell Permítanme decirlo de esta manera. Cuando dices: "Lo que evita que la atmósfera salga volando del agujero por su propia presión es la gravedad", eso no es correcto, porque la gravedad no puede evitar que la atmósfera escape del agujero en primer lugar. Es posible que termine con algunas moléculas traza por un tiempo, pero esencialmente todo escapará porque la gravedad de la Luna es simplemente insuficiente.
@ RobertK.Bell Modifiqué mi respuesta con una conclusión más clara basada en nuestra discusión. Si eso y los pocos comentarios anteriores no ayudan, hágame saber dónde se está quedando corta mi explicación, e intentaré reformular o elaborar.
¿Cuál sería el gradiente de presión atmosférica en un pozo abierto que llega al centro de la luna?
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