¿Es posible una luna dentro de una Tierra hueca?

La teoría de la Tierra Hueca es/era una idea pseudocientífica de que nuestro mundo está en el interior de una gran esfera. El "cielo" apunta hacia adentro, hacia el centro, donde está el "Sol" (una fuente de luz), mientras que el "suelo" apunta hacia afuera.

Supongamos que tenemos un planeta del tamaño de la Tierra, excepto que es una Tierra hueca. En realidad, es simplemente una cavidad del tamaño de la Tierra dentro de un cuerpo más grande, en particular, una especie de megaestructura artificial. Supuse que dicha megaestructura era esférica, pero claramente debería haberlo declarado explícitamente, así que lo haré ahora. La estructura tendrá simetría esférica y será lo más uniforme posible.

¿Es posible colocar una luna dentro de la esfera, en algún lugar entre la fuente de luz central y el "suelo", y hacer que se mueva en una "órbita" alrededor del centro? ¿Se estrellaría la luna contra el suelo o sería estable?

Estoy casi seguro de que la luna no puede ser tan grande como la luna de la Tierra, pero no conozco un tamaño razonable. Estoy bien con algo más grande que, digamos, Janus o Epimetheus .

Pregunta adicional (no es necesario responder): ¿Es posible la configuración si la Tierra hueca no es esférica, es decir, elipsoidal?

Pregunta relacionada , por cierto.
No puedo entender exactamente dónde se propone colocar la luna en cuestión.
@YoustayIgo Está orbitando alrededor del centro, dentro de la esfera.
¿Una tierra hueca con una luna en el centro? ¿Algo así como lo presentó Edgar Rice Burroughs en su serie At The Earth's Core?
@YoustayIgo Más o menos cerca del centro. Sin embargo , no he leído At the Earth's Core , así que no sé qué tan similares son las configuraciones.
Mmm. Dado que la respuesta estaría basada en demasiadas opiniones y factores (demasiados condicionantes), no me aventuraría a presentar una respuesta. Ahora entiendo la perspectiva. Ya tengo algunas personas que no están muy contentas con mis respuestas. Yo diría que todo depende del grosor de la corteza del planeta. Cuanto más delgada sea la corteza, menor será la posibilidad de un choque gravitacional y mayores serán las posibilidades de mantener una forma esférica hueca con una luna dentro. Sin embargo, el espacio interior todavía tendría que estar lleno de aire. No creo que pueda existir un vacío perfecto en una cavidad tan grande.
¿Por qué todas las respuestas abordan la estabilidad de la estructura en lugar de responder la pregunta?
@RomanReiner Está bien desafiar la premisa de una pregunta en algunos casos. Desearía que hubiera un enfoque más en el análisis de la órbita de la luna, pero no puedes hacer eso si no conoces el resto del sistema. Sin embargo, es cierto que algunas respuestas no discutieron la luna, por razones potencialmente válidas.
Véase también la serie Virga donde, sí, hay una gran esfera hueca llena de aire con estructuras en su interior (ninguna orbita sino que es empujada por células de convección).
¿Quieres fases, como nuestra Luna, o simplemente una gran esfera en el cielo?
@Schwern Solo una esfera en el cielo. Las fases parecen pedir demasiado.
¿Es malo que todo lo que puedo pensar es que la "noche" solo vendrá por el constante eclipse de sol de la luna? (Obviamente en diferentes partes del "mundo") Esto lleva al hecho de que algún lugar siempre será en día. Una persona más lógica que yo podría decir que ese lugar no tiene una noche y los eclipses son solo una ocurrencia regular :)
vale la pena señalar (aunque ya hay un par de respuestas a este efecto). El interior de un caparazón esférico tiene gravedad 0 si y solo si el caparazón tiene densidad y espesor uniformes. No podemos asumir que este es el caso de este mundo (aunque podría serlo)
La gravedad cero solo existe en el centro exacto. Todo lo demás experimenta una gravedad neta: esto es lo que teóricamente podría causar una mega estructura hueca. Pero la luna necesitaría tener suficiente gravedad para mantenerse unida bajo una fuerza g esférica uniforme. Tendría que ser perfecto, cualquier cambio lo enviaría a toda velocidad en la dirección en la que cambió.
@SeanBoddy Como se indica en otra parte, hay gravedad cero en todas partes de la cavidad debido al teorema del caparazón.
Genial, aprendí algo hoy. Entonces, sin un gradiente de fuerza g aplicado a la luna por la esfera, creo que eso significa que nada mantiene inherentemente a la luna centrada en el caparazón. Y las personas dentro del caparazón rastrearían hacia la luna. Y posiblemente ser aplastado por el caparazón. Y pararse fuera del caparazón podría volverse realmente extraño cuando el centro de gravedad neto cambiara.
Así que parece que podría funcionar siempre que el caparazón y la luna tengan cada uno de forma independiente una órbita totalmente estable alrededor de la estrella del sistema, ya que en general no parecen afectarse entre sí.
@SeanBoddy Sí, más o menos.

Respuestas (8)

No.

Los cuerpos compuestos de materiales conocidos del tamaño de la Tierra y la Luna están en "equilibrio hidrostático" .

Esto ocurre cuando las fuerzas externas, como la gravedad, se equilibran con una fuerza de gradiente de presión.[1] Por ejemplo, la fuerza del gradiente de presión evita que la gravedad colapse la atmósfera de la Tierra en una capa delgada y densa, mientras que la gravedad evita que la fuerza del gradiente de presión difunda la atmósfera al espacio.

El equilibrio hidrostático es el criterio distintivo actual entre los planetas enanos y los cuerpos pequeños del Sistema Solar, y tiene otras funciones en astrofísica y geología planetaria. Esta calificación generalmente significa que el objeto se redondea simétricamente en forma de esferoide o elipsoide, donde cualquier característica de la superficie irregular se debe a una corteza sólida relativamente delgada. Hay 31 objetos de este tipo confirmados por observación (aparte del Sol), a veces llamados planemos,[2] en el Sistema Solar, siete más[3] que son virtualmente seguros, y aproximadamente cien más que son probables.

Lo que esto significa en su caso es que la fuerza de los materiales es insuficiente para soportar la masa sobre ellos. Entonces fluyen como plástico/líquido fundido y llenan todos los vacíos.

Entonces, en su escenario, la capa exterior de la "Tierra" colapsaría bajo su gravitación mutua.

La resistencia de los materiales necesarios para evitar que esto suceda sería bastante alta y no tengo tiempo para realizar los cálculos necesarios para usted.

"Supongamos que tenemos un planeta del tamaño de la Tierra, excepto que es una Tierra hueca": bajo esta suposición (que era parte de la pregunta original), por supuesto que es posible. No nos distraigamos con bagatelas como materiales inexistentes :-) (después de todo, si podemos hablar de mundos anulares...)
Creo que tenemos que asumir que quien construyó esta Tierra hueca tiene la ciencia material para mantenerla unida. Esto es para permitir la pregunta más interesante de "bueno, ¿cómo explicas la Luna"?
La teoría generalmente sostenía que no había un caparazón, sino una sustancia rígida que se extendía infinitamente o con certeza por una distancia considerable. Por supuesto, eso tiene sus propios problemas con la gravedad, pero la teoría también rechazó los modelos newtonianos de la gravedad (y los einsteinianos aún más, a menudo combinados con las personas que sostienen la teoría que a menudo son extremadamente antisemitas).
¿En qué se diferencia esto de la idea de una esfera dyson? Esos se consideran plausibles en muchos escenarios de ciencia ficción, aunque ciertamente no tenemos la tecnología para construir uno hoy.
@ Ajedi32 Muy diferente: el planeta hueco es mucho más plausible, porque necesita mucho menos material de construcción y debe soportar mucho menos estrés.
@ Ajedi32, Freeman Dyson imaginó originalmente su esfera como un halo esférico de cuerpos en órbita y no como un solo objeto monolítico. Tal esfera de cuerpos en órbita podría construirse fácilmente con tecnología moderna si se proporciona suficiente tiempo y dinero.
También algunas conjeturas recientes son que podría tener más sentido colocar una Esfera de Dyson de tipo monolítico alrededor de estrellas de tipo enano blanco. Coloque la esfera a una distancia que proporcione 1 g de aceleración y las restricciones de resistencia de los materiales son (todavía fantásticamente grandes pero) mucho más razonables.
@RadovanGarabik, el problema es que incluso si descarta los problemas de resistencia de los materiales, aún tiene un problema de estabilidad con ambos diseños (una esfera Dyson de capa sólida o una luna dentro de la Tierra). Un cuerpo dentro de una capa esférica es estáticamente estable pero dinámicamente inestable (bola en la cima de la colina). Una pequeña perturbación hace que el cuerpo interior se estrelle contra el caparazón, a menos que se utilicen controles activos para mantener la configuración.

No es posible sin una intervención activa.

La gravedad de la esfera es cero en el interior. Entonces no hay fuerza actuando sobre la luna desde la esfera. Esto permitiría a la luna orbitar una masa en el centro del planeta.

Sin embargo, cualquier perturbación de la esfera no se transmitiría a la luna. Por lo tanto, nada impide que la luna, y lo que sea que esté en el centro de la luna en órbita, adquiera velocidad relativa a la esfera.

Sin embargo, ¿y si la fuente de luz estuviera fija en el centro, en relación con la esfera (como se usa a veces en las teorías de la Tierra hueca)? ¿Minimizaría eso los efectos del movimiento de la esfera exterior, porque por lo tanto impactaría la órbita de la luna?
+1 Y las cosas se volverían muy complejas si/cuando hubiera montañas en el planeta y/o en la luna.
@HDE226868 Sí, siempre que la fuente de luz sea lo suficientemente masiva.
@ HDE226868 No tengo ni idea. Supongo que depende del tamaño de la esfera de la colina del cuerpo central, aunque no estoy seguro de con qué cuerpo debe calcular esa esfera de la colina en relación.
Por supuesto que habría gravedad dentro de la esfera. Gravedad de la fuente de luz. Y si no hubiera gravedad, la luna no podría orbitar. Para orbitar, no solo necesita "ganar velocidad". También necesita una fuerza neta para causar la aceleración: ese vector de velocidad tiene que cambiar de dirección, al menos, de lo contrario no sería una órbita, sino un objeto que viaja en línea recta y finalmente golpea el caparazón.
También estoy bastante seguro de que ya no contaría como una luna.
@GiliusMaximus No hay gravedad dentro de la esfera desde el caparazón debido al teorema del caparazón; ver la respuesta de Radovan .
Debido al caparazón, no, pero si hay una fuente de luz en el centro, eso crearía un campo gravitatorio, y si vas a tener una luna dentro del caparazón, necesitarás que ese campo gravitatorio sea lo suficientemente fuerte como para acelerar. la luna para producir movimiento orbital.
@GiliusMaximus Todo eso se supone/indica en la respuesta.
<pedantic>La gravedad sería 0 en el **centro de la esfera**</pedantic>. Si va de la corteza terrestre al núcleo, la fuerza de la gravedad se debilita porque solo necesita considerar las capas debajo de usted (si está a mitad de camino, solo se ve afectado por la gravedad de la esfera de 3400 km debajo de usted, el efecto de las capas externas se cancelan entre los que están "debajo" de usted y los que están "sobre" usted.
@ SJuan76 Es un caparazón, por lo que hay gravedad cero en todas partes dentro del caparazón. Nuevamente, vea el teorema de la cáscara.

Ciertamente, la gravedad de la esfera en el interior será cero , por lo que la composición y el grosor de la corteza son irrelevantes. La luna tiene que orbitar alrededor de la fuente de luz central, y la masa de la fuente de luz debe ser mucho mayor que la de la luna, y es mejor que mantengas el vacío en la cavidad (ya que no hay gravedad, no puedes esperar que el aire se adhiera cerca a la corteza). Aparte de eso, es posible.

Una esfera hueca grande y de corteza gruesa tendería a aplastarse debido a la gravedad. Esa fue la razón por la que dije que debería haber aire adentro.
Gracias. He usado el teorema del caparazón antes, y debería haber sido capaz de resolverlo. :PAGS
+1 Iba a decir que era imposible, pero me había olvidado de la masa de la fuente de luz. Sin embargo, me pregunto qué tan grandes podrían llegar a ser los dos antes de que sus órbitas terminen golpeándolos contra las paredes (o entre sí).
No puedes tener la luna orbitando la fuente de luz si hay aire en la cavidad; la resistencia del aire drenará la energía del sistema hasta que colisionen.
La luna pronto se volvería inestable, cualquier cantidad de inestabilidad que mueva la luna ligeramente aumentará la atracción entre la luna y el exterior en un lado y la disminuirá en el otro. Esto significa que pronto la luna chocará contra la capa exterior (o al revés).
@Thijser ¿Por qué sería ese el caso? La fuerza de gravedad en cualquier punto dentro de la esfera, no solo en el centro, es cero.
Sí, la gravedad en el interior de una esfera hueca es de hecho cero. Sin embargo, esta no es una esfera hueca, hay una luna (o más probablemente un núcleo) que tiene su propia gravedad. Piénselo de esta manera si tuviéramos que empapelar la tierra alrededor de la tierra, no perderíamos repentinamente nuestra gravedad.
@Thijser La fuerza gravitacional debida a la luna es irrelevante aquí. La fuerza de gravedad sobre la luna debida a la esfera es la misma que la fuerza sobre la esfera debida a la luna.
La gravedad dentro de la esfera hueca podría no ser cero, ya que la esfera es esencialmente una burbuja dentro de una estructura más grande. Si tomas un cubo de hierro fundido con un millón de millas de lado y haces explotar una burbuja del tamaño de la Tierra en una esquina, la gravedad estaría dirigida hacia el centro de la estructura, no hacia el centro de las esferas. La única forma en que la gravedad en el centro de la esfera es cero es si también es el centro de la estructura. Y toda la estructura tendría que girar muy rápido para obtener 1 g en la superficie de las esferas, lo que aplastaría a medida que avanza en la estructura.
Todavía tendría el problema de que cualquier desviación entre la velocidad de la fuente de luz / baricentro lunar y la velocidad del caparazón no se corregiría automáticamente, por lo que eventualmente impactarían. Pero sería razonablemente estable por un tiempo.

No sin gravedad artificial o alguna otra fuente externa.
Su mega estructura lo suficientemente grande como para tener un bolsillo del tamaño de la Tierra tendrá mucha masa. Algo tan grande necesitará materiales y tecnologías futuristas para evitar que se derrumbe.

Cualquier cosa en el interior de la esfera será atraída hacia el centro de la estructura. Si la esfera está descentrada, todo se moverá hacia un lado. Si está en el centro de la estructura, entonces las cosas simplemente se caerían de la superficie hacia el "cielo", a menos que...
Para obtener gravedad en la superficie interior de una esfera sin gravedad artificial, debe estar girando, lo que significa que la estructura necesita estar girando alrededor de la esfera, o un mecanismo necesita estar girando la esfera del tamaño de la tierra independientemente de la estructura.

Girar toda la estructura no es una buena idea, ya que si tienes 1 g en la superficie de la esfera, tendrás aún más cuanto más te alejes.

Velocidad angular: 0,0118 rotaciones/minuto

Radio de la Tierra: 3959 millas
Gravedades: 1g

Radio: 5000 millas
Gravedad: 1,26 g

Radio: 8000 millas
Gravedades: 2g

El estrés en la estructura aumentaría exponencialmente cuanto más se aleje del centro de gravedad.

Si solo gira la esfera de forma independiente, aún necesita súper materiales como Ringworld Scrith y es mejor que espere que esté realmente bien equilibrado.

Así que tendrás que elegir tu magia: Gravedad artificial o materiales de construcción imposibles.

Editar:
sin gravedad artificial, necesitaría una fuente de punto de gravedad en el centro para orbitar alrededor de una luna, ya que la fuerza centrípeta no funcionaría para orbitar dentro de una esfera.

Cualquier variación en la masa en la estructura exterior tendería a desestabilizar el sistema, similar al problema de los tres cuerpos, requiriendo correcciones constantes para evitar que la luna se estrelle.

Con la gravedad artificial, lograr que una luna haga lo que quieras es fácil.

Esto es completo, pero no aborda la pregunta real.
@ HDE226868 ¡Tienes razón! Me quedé atrapado en el resto y olvidé mi punto original. Fijado.

Estás describiendo una Esfera Dyson . En teoría, es posible que todavía haya cuerpos orbitales dentro de la esfera en su órbita alrededor del sol. Suponiendo que vivamos en el interior del caparazón de Dyson y podamos procesar la totalidad de la salida del sol sin freírnos, no tendríamos una luna ya que los únicos cuerpos orbitales son los planetas más adentro y el Sol. No hay un centro de gravedad alrededor del cual orbite una luna, ya que el centro de gravedad de la esfera de Dyson es el sol mismo. Eso no impide que Venus o Mercurio tengan sus propias lunas.

Mi concepto es similar a una Esfera de Dyson pero obviamente no es idéntica, siendo del tamaño de la Tierra. Como tal, los planetas no son un problema.

Responderé a su pregunta adicional: si la tierra hueca es achatada o esferoidal alargada, y el sistema de dos cuerpos de la luna y la fuente de luz permanece en el plano en el que la sección transversal de la tierra hueca sigue siendo circular, entonces existirán órbitas estables como lo harían de otra manera por simetría. Para un caso más complicado, espero que nada más que una serie de simulaciones numéricas bastante intensas pueda determinar la respuesta a si existen órbitas periódicas.

Creo que es posible que no hayas terminado la segunda oración: si la tierra hueca es achatada o esferoidal alargada, y el sistema de dos cuerpos de la luna y la fuente de luz permanece en el plano en el que la sección transversal de la tierra hueca sigue siendo circular . . . ¿después?
@ HDE226868 Gracias, me estoy adelantando.
Muchas gracias. Sin embargo, ¿seguiría habiendo gravedad dentro de la esfera? En otras palabras, ¿sigue siendo válido el resultado del teorema de la capa?
el teorema de la cáscara no se cumpliría. Habría un campo gravitatorio atrayéndolo hacia las partes más estrechas del caparazón. Pero en el avión que he descrito, todavía habría gravedad cero, por eso funciona.

Sí, pero necesitas:

  • una fuente de luz central muy densa, y esta densidad contrasta con lo que sabemos sobre fuentes de energía suficientemente potentes, es decir, la fusión nuclear. Por supuesto, podría optar por una fuente de luz artificial, como una esfera de materia degenerada que refleja la luz emitida desde el interior del caparazón.

  • algún material casi incompresible con el que construir el caparazón, o algún medio mecánico para contrarrestar la gravedad de la esfera interior y evitar que haga colapsar el caparazón exterior (el difunto Paul Birch sugirió una red de rieles por donde viajarían los vagones pesados a velocidades orbitales, ejerciendo así una presión hacia el exterior capaz de contrarrestar la gravedad Por supuesto, esto nos deja con el problema de energizar la red en sí.

  • alguna forma de mantener la capa exterior centrada en la fuente de luz. La fuerza neta ejercida por el caparazón sobre la esfera central sería cero, lo que significa que no hay nada que detenga las pequeñas perturbaciones para hacer que la esfera central se desplace contra el caparazón (es la misma razón por la que el Ringworld de Niven tiene motores estabilizadores)

  • el volumen interno debería mantenerse en el vacío, o la órbita de la Luna se degradaría rápidamente.

Si las perturbaciones son lo suficientemente pequeñas, podría ser factible estabilizar el caparazón (y tal vez también la luna) utilizando la presión de la luz que se emite desde el caparazón hacia el "Sol".

Sin embargo, el volumen central sería inhabitable, ya que la gravedad empujaría hacia el "Sol" y toda la cavidad estaría en el vacío. Las personas en el interior del caparazón necesitarían recibir luz a través de pisos de vidrio gruesos y herméticos.

Una masa en el centro y una superestructura uniforme de masa suficiente para que la atracción gravitacional ejercida por la masa central sobre cualquier cuerpo entre la masa central y la superestructura sea igual a la atracción debida a la superestructura en esa dirección. Ahí está tu respuesta. ;)

Piense en la gravedad como un conjunto de cuerdas elásticas. La única cuerda que tira de una "luna" hacia el centro debe equilibrarse con cuerdas que se extienden desde la superestructura en todas las direcciones. El cálculo de estas fuerzas será una serie infinita, ya que el resto de la superestructura también ejercerá una atracción gravitatoria hacia una luna intermedia. Es factible, pero obviamente nada podría vivir allí, a menos que construyas un conjunto de biosferas a lo largo de la superestructura.

Las fuerzas de marea serán una preocupación importante, al igual que las fuerzas de Coriolis si la superestructura está girando. Los polos podrían ser habitables; el ecuador, entre las mareas basadas en la luna y el propio giro de la estructura, sería como el interior de una lavadora.

Um... ¿Quieres decir que sería plateado y lleno de agujeros?
@Burki: No, me refiero a Turbo-Clean (tm) con lavado ciclónico (r) y transmisión directa de 6 movimientos (c) :P
Solo para aclarar en caso de que mi último comentario no fuera obvio: la rotación de la superestructura crearía un momento angular hacia el exterior, lo que provocaría que el líquido fuera forzado hacia los polos. El deslizamiento provocado por la "luna" crearía una corriente en sentido contrario, pero perpendicular a la otra. El resultado sería el tipo de turbulencia que esperarías dentro de una buena lavadora.
Estaba claro (para mí), pero simplemente no pude resistirme :-)
No es divertido tener que explicar un chiste ;)
¿Es posible una luna dentro de una Tierra hueca?
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