¿Es posible colocar una sonda permanente en Urano?

Primero, la transición de la fase gaseosa a un fluido supercrítico es gradual. Piense en el gas gradualmente y lentamente haciéndose más y más denso, con las moléculas de gas acercándose más y más. Todo poco a poco y lentamente. ¡Después de un tiempo, estás dentro de un líquido!

La mayoría de las personas no están familiarizadas con los fluidos supercríticos porque ese es un fenómeno que ocurre con altas presiones y altas temperaturas que el promedio de Joe nunca vería en toda su vida.

Ahora enfocándote en Urano, no creo que lo que estás tratando de lograr sea posible.

Usando un globo, puedes flotar en la atmósfera superior, pero como quieres llegar a capas profundas, esto no es lo que quieres.

En esas capas profundas del océano supercrítico de agua y amoníaco, un submarino necesitaría hundirse muy profundo en el planeta para flotar. En ese punto, la presión sería suficiente para triturar el diamante y la temperatura sería suficiente para fundirlo.

Su mejor apuesta sería construir su casco con materiales como diamante de celosía hexagonal, nitruro de boro, iridio-tungsteno y grafeno. Todo debe ser perfecto y libre de defectos topológicos. Incluso con eso, es muy probable que falle e implosione.

Sin embargo, supongamos que construyes un submarino capaz de soportar la presión y la temperatura.

Además, hasta 1000 km de profundidad, sería demasiado lejos para poder establecer cualquier comunicación. Dado que un submarino es demasiado pesado para flotar hacia las capas superiores de la atmósfera, está condenado a permanecer allí para siempre.

Sin embargo, todavía hay algunas formas de establecer líneas de comunicación e incluso de suministro. Un globo en la atmósfera superior podría arrojar objetos pesados ​​que atraparía el submarino. El submarino podría soltar objetos flotantes que el globo es capaz de atrapar.

Las comunicaciones son posibles mediante el envío de esos paquetes físicos hacia arriba y hacia abajo con algunos datos, lo que es lento pero funciona. Otra forma de establecer la comunicación sería tener muchos submarinos/globos diferentes flotando en diferentes capas, uno encima del otro, separados por, digamos, 1 km. Cada vehículo en esas capas intermedias se parece gradualmente a un globo oa un submarino de acuerdo con la capa prevista. Luego, cada vehículo es responsable de enviar, recibir y transmitir señales de radio entre sus vecinos más profundos y menos profundos, posiblemente cambiando las frecuencias de radio cuando sea apropiado.

La presión es importante aquí. Es tanto un problema como una solución.

Como era de esperar en los planetas gigantes, la presión atmosférica y la temperatura cambian con la altura y la profundidad. En el momento en que llegas a la base de la troposfera, las presiones son de unos ~100 bares, que es un poco más alta que la presión atmosférica en la superficie de Venus (93 bares). Si se pregunta qué tan fuerte es eso, considere que la serie de sondas Venera en la década de 1970 sobrevivió a esas condiciones durante unos 50-55 minutos. Vega 2 , el último módulo de aterrizaje que enviamos a Venus (en la década de 1980), no lo hizo mejor. La temperatura también contribuyó en gran medida a los fallos, al igual que la composición atmosférica, por lo que una sonda a Urano ciertamente no se enfrentaría a un entorno tan hostil . Dicho esto, la alta presión seguiría siendo problemática.

^{Imagen cortesía del usuario de Wikipedia Ruslik0, bajo la licencia Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported .}

En la Tierra, Challenger Deep tiene presiones de aproximadamente ~ 1000 bares y, de hecho, se ha alcanzado en cuatro ocasiones. Está más cerca del interior de Urano que la superficie de Venus (considerando la composición y las bajas temperaturas). Esto significa que tenemos la capacidad de viajar por debajo de la troposfera de Urano. Sin embargo, tenemos que preocuparnos por el peso de lanzamiento si aumentamos significativamente la presión que puede soportar.

¿Lo bueno? Una mayor presión significa una mayor densidad ambiental, lo que a su vez significa una mayor fuerza de flotación :

$$F_B=mg_U-\rho_fVg_U$$ dónde$m$es la masa del objeto,$\rho_f$es la densidad del fluido,$V$es el volumen del objeto y$g_U$es la aceleración superficial debida a la gravedad en Urano. Urano es, en general, bastante ligero (con una densidad media de 1,47 g/cm ³ ), pero en el centro, las densidades pueden alcanzar los 9 g/cm ³ . No sabemos mucho sobre el perfil de densidad en el interior, lo que dificulta determinar cuál es la profundidad máxima que podríamos alcanzar. Si asumimos que el submarino tendrá características similares a Nereus , podemos estimar una masa de unos 2800 kg y un volumen de 22,5 m ³ , lo que lleva a una densidad crítica de 0,124 g/cm ³. Al absorber fluido ambiental, la nave espacial puede aumentar su masa, ayudándola a hundirse aún más. Dado que la atmósfera tiene bajas densidades y el núcleo tiene altas densidades, hay un punto de equilibrio. La pregunta, por supuesto, es dónde está eso, y cómo será la presión en ese punto. ¿Será demasiado alto o sobrevivirá? ¿Qué tan bajo podemos ir?

Como nunca hemos hecho la misión que propones, aún no lo sabemos, así que no puedo darte una profundidad definitiva.

No puedo entender esto. En la Tierra, si llenas un recipiente con gas y líquidos, el gas se queda arriba y el líquido debajo, con un límite claro. Incluso si el líquido está hirviendo o si el gas se está condensando, vemos distintas fases.

La imagen de arriba es la del CO2 supercrítico. Puede ver claramente que el CO2 ahora parece un gas, y de alguna manera todavía parece un líquido. Mantener un gas a altas presiones puede hacer cosas realmente extrañas.

Los fluidos supercríticos son básicamente una especie de forma de materia, cuando la presión es tan alta que puede difundirse a través de los materiales como un gas y, sin embargo, disolver cosas como si fueran un líquido.

Además, el fluido supercrítico ocurre naturalmente incluso en la Tierra. El agua supercrítica es un componente principal en el material que sale de un "ahumador negro".

Y además, Urano no tiene un clima "tranquilo". La velocidad del viento en Urano puede alcanzar un máximo de 900 km/h, lo suficientemente fuerte como para hacer que la Gran Mancha Roja de Júpiter parezca una brisa suave.

Efectivamente tenemos agua-amoníaco aquí en la Tierra, se le conoce como Hidróxido de Amonio, o básicamente blanqueador de amoníaco. Esa cosa es bastante desagradable y corrosiva, y no es muy amable con la piel humana.

Prefiero colonizar Júpiter, gracias.