¿Existen atmósferas conocidas que soportarían los motores de combustión tradicionales?

Si alunizáramos un automóvil tradicional, el motor de combustión carecería de oxígeno y, por razones obvias, no funcionaría. Me pregunto si existe un cuerpo planetario terrestre donde no tendríamos que repensar nuestro principal método de locomoción terrestre (que son motores de combustión).

Me gustaría que las respuestas se centren principalmente en las composiciones de la atmósfera, no en problemas térmicos u otras interferencias como "el planeta es agua, no hay superficie para conducir". Realmente estoy interesado en qué atmósferas soportaría un motor de combustión, si corresponde; cualquiera de los problemas potenciales con los que lo hacen (por ejemplo, demasiado CO2 en la atmósfera, solo funcionaría con una eficiencia del 50%).

Esta no es una pregunta de "deberíamos/podríamos usar motores de combustión en los rovers", es más bien... ¿hemos descubierto algún planeta que lo soporte?

¿Hay información significativa sobre Trappist para saber si alguno de los planetas AG podría soportar ICE tradicionales?

¿Está buscando solo ICE donde la combustión es estrictamente de combustible y oxígeno, o cualquier reacción exotérmica de X y la atmósfera ambiental capaz de impulsar un motor por expansión térmica de gases?
@bukwyrm viendo que las respuestas existentes abordan lo primero, me encantaría una sobre lo último :). Especialmente si tiene información que potencialmente compara la eficiencia de la combustión de los gases en el planeta X en comparación con la combustión de compuestos terrestres tradicionales.
El conocimiento de un entorno rico en oxígeno extrasolar significaría que es probable que exista vida extraterrestre, y actualmente todavía existe, dado que el oxígeno libre es altamente corrosivo.
Estoy bastante seguro de que la vida está involucrada en todos los procesos naturales conocidos que podrían llenar una atmósfera con cantidades apreciables de oxígeno. Entonces, descubrir un planeta con una atmósfera de oxígeno sería una gran noticia.
Sí, actualmente conocemos un cuerpo terrestre con una atmósfera apta para motores de combustión interna. Se llama Tierra. Es posible que hayas oído hablar de él en algún momento u otro...

Respuestas (4)

La respuesta corta es no: un motor de combustión interna necesita extraer oxígeno del aire para funcionar, y ningún cuerpo sólido en el sistema solar tiene ese tipo de atmósfera.

La atmósfera de Venus es principalmente dióxido de carbono con una pequeña cantidad de nitrógeno; ninguno de esos es combustible.

Marte, de manera similar, tiene una atmósfera mayormente inerte; hay un rastro de oxígeno, pero equivale a aproximadamente 1/20000 de la presión parcial de oxígeno que se encuentra en la Tierra, probablemente no lo suficiente para hacer funcionar un motor de combustión.

Titán es un caso interesante; no hay oxígeno del que hablar, pero los hidrocarburos constituyen un dos por ciento de la atmósfera. Podría llevar un tanque de oxidante, oxígeno líquido o NTO, en un vehículo y quemarlo con metano atmosférico, el arreglo opuesto a cómo funciona un ICE terrestre. Para obtener una cantidad razonable de potencia, probablemente tendría que funcionar muy rico en oxígeno, lo que generaría un escape bastante corrosivo, por lo que deberá elegir sus materiales con cuidado: no podría adaptar un motor de automóvil existente. a eso ni nada.

Como señala Evan Steinbrenner, es probable que haya muchos planetas en otros sistemas solares con una mezcla de gas nitrógeno y oxígeno similar a la de la Tierra, donde los ICE funcionarían bien. Sin embargo, actualmente no tenemos una buena idea de cuán comunes son tales atmósferas.

Me encanta que hayas tocado Titán, ¡ese fue mi caso principal para hacer la pregunta! Escuché que Titán es realmente genial (¡ja! ¡más juegos de palabras!) en el sentido de que tiene composiciones atmosféricas únicas para la mayoría de los otros cuerpos de nuestro sistema solar. Estaba realmente interesado en ver si tenía potencial. Sin embargo, esa es una buena idea: proporcionar su propio oxígeno para la composición y la combustión, parece ser muy poco práctico en la práctica.
¿Sabe si tenemos suficiente información viable sobre el sistema trapense para inferir si las condiciones son lo suficientemente cercanas para un ICE o no? He estado deseando buena información trapense.
"Es probable que haya muchos planetas en otros sistemas solares con una mezcla gaseosa de nitrógeno y oxígeno similar a la de la Tierra": eso parece muy poco probable. El oxígeno es altamente reactivo y no permanecerá en una atmósfera en equilibrio a menos que haya un proceso de no equilibrio (es decir, procesos biológicos) para reponerlo. Efectivamente, la presencia de niveles de oxígeno similares a los de la Tierra en una atmósfera es un muy buen indicador indirecto de la vida. Entonces, el oxígeno del sistema extrasolar solo puede ser tan común como la vida extrasolar.
Hay un análogo a esto en algún lugar de este sitio, algo que respira hidrógeno que transporta su propio oxígeno, tal vez un avión para explorar Júpiter. Intentaré buscarlo. ¡Gran respuesta por cierto!
Tenía una pregunta aquí sobre la recolección de combustible al estilo Traveller en Júpiter; no funciona con un motor de cohete químico convencional b/c conservación del momento (cuando la velocidad orbital > velocidad de escape), pero podría ser práctico para un cohete de fusión de gama alta. space.stackexchange.com/questions/19771/…
@MichaelMacAskill si el oxígeno reaccionaría en equilibrio depende de qué más haya. Si el planeta tiene un interior activo (es decir, hay desgasificación, placas tectónicas, etc.), entonces casi seguro que tiene razón, ya que esto introducirá especies reductoras que se oxidarán por el oxígeno, agotándolo. Pero si su planeta está muerto, se formará una capa de óxidos en la superficie, lo que evitará más reacciones. Probablemente puedas mantener una atmósfera de oxígeno en ese caso. La situación es similar si el planeta está hecho principalmente de agua.
También vale la pena señalar que el escape de hidrógeno puede crear O2 lentamente. Las moléculas de agua se dividen fotoquímicamente y el hidrógeno escapa al espacio, dejando un exceso de oxígeno. Si no hay una afluencia de especies reductoras, no hay razón para que esto no se acumule eventualmente. Creo que es por eso que la atmósfera de Marte es relativamente reductora en comparación con su interior, aunque, por supuesto, en ese caso no ha progresado hasta el punto en que haya moléculas de oxígeno libres. Pero en otros sistemas solares bien puede haber planetas sin vida con atmósferas ricas en oxígeno.
@MichaelMacAskill, por lo que, en términos de biomarcadores, es posible que no sea suficiente buscar oxígeno. Hay que buscar tanto el oxígeno como una especie reductora, como el metano. Si descubre que sabe que el sistema no está en equilibrio y las dos especies deben reponerse mediante flujos, lo que sugeriría (¡no garantizaría!) la presencia de vida.
+1 para el motor en Titán que lleva oxidante. Sin embargo, no estoy de acuerdo con que necesite funcionar con oxígeno rico o que esto sea una preocupación seria. Nuestros motores en la Tierra funcionan con gran cantidad de oxígeno para mejorar la eficiencia del uso de combustible, pero en Titán funcionarían con gran cantidad de combustible para mejorar la eficiencia del uso de oxígeno.
Además de lo que dice @pere, si el resto de la atmósfera es N2 como dice Wikipedia, es posible que pueda mezclar O2 en el aire local para obtener una mezcla rica en nitrógeno, o puede que tenga que concentrar un poco el metano. en la superficie está justo en el límite inferior de inflamabilidad antes de agregar el O2
La atmósfera de Titán normalmente no contiene muchos hidrocarburos. El 1-2% que hay está por debajo del límite inflamable incluso a temperaturas terrestres. Sin embargo, es posible que pueda hacer funcionar un motor con lluvia y LOX almacenado. Se han propuesto metales alcalinos como fuente de energía para las sondas de Venus, pero eso era combustión externa, un quemador que calentaba un motor Stirling. Y si amplía la pregunta para permitir mundos no terrestres, podría usar un oxidante para "alimentar" un avión que vuela en una atmósfera gigante gaseosa.
@ChristopherJamesHuff 1-2% de metano en nitrógeno puede no ser inflamable con 20/80 de oxígeno-nitrógeno; ¿Se quemará mezclado con LOX en aerosol?
@RussellBorogove: Estamos hablando del límite de inflamabilidad del CH4 en el aire, no del límite de inflamabilidad de una mezcla de CH4/N2 en el aire. 75/20/5 N2/O2/CH4 no puede sostener la combustión incluso sin tener que vaporizar primero LOX y calentarlo todo en un par de cientos de Kelvin más, agregar O2 a 98/2 N2/CH4 no funcionará. mejor. Obtiene lluvia de metano allí, por lo que es posible que localmente obtenga concentraciones temporales lo suficientemente altas como para que el oxígeno produzca una llama, pero no será el estado normal de la atmósfera de Titán.

Parece poco probable en principio

Los motores de combustión estándar se basan en la quema de combustible en un oxidante extraído de la atmósfera. En la tierra tenemos una atmósfera que es aproximadamente una quinta parte de oxígeno que hace un buen trabajo en los motores.

Todavía no hemos observado ningún planeta en ninguna parte con una gran cantidad de oxígeno en su atmósfera. Y hay una buena razón para ello. El oxígeno es reactivo. Las cosas en una atmósfera de oxígeno se queman u oxidan rápidamente (de hecho, el nivel específico de oxígeno en la atmósfera terrestre puede ser un equilibrio entre lo suficiente para mantener vivas a las criaturas vivas, pero no tanto como para que los incendios quemen todas las plantas terrestres cada vez que algo se incendia). Entonces, cualquier atmósfera con oxígeno necesita una fuente continua de oxígeno para mantener la concentración.

El oxígeno en la tierra es un producto de la vida. Si no hubiera vida, no habría un suministro continuo de oxígeno y la concentración caería hasta que no hubiera suficiente para sustentar un motor de combustión (o incendios). Antes de la fotosíntesis, la tierra no tenía una cantidad significativa de oxígeno en la atmósfera (y cuando la fotosíntesis se hizo común, la geología cambió radicalmente con la aparición repentina de grandes depósitos, por ejemplo, de óxidos de hierro).

Por lo tanto, a menos que encontremos un planeta que admita la fotosíntesis de la vida, es poco probable que encontremos uno que admita motores de combustión.

Por supuesto, hay otros oxidantes disponibles. Pero se aplica la misma objeción: si son oxidantes lo suficientemente decentes como para soportar la combustión, no tendrán una vida útil prolongada en ningún entorno en una escala de tiempo geológica, ya que reaccionarán con su entorno oxidándolo y agotando la cantidad en la atmósfera. Entonces, a menos que pueda proponer algún mecanismo para reponer continuamente la atmósfera con oxígeno (o una alternativa), no encontrará atmósferas que admitan la combustión. Parece probable que la pregunta tenga la misma respuesta que "¿hay vida extraterrestre?". SI encontramos que también es probable que encontremos atmósferas que soporten motores (y viceversa: si encontramos atmósferas que soporten motores, hemos encontrado vida). Pero aún no lo hemos hecho.

Iba a publicar una respuesta de "El oxígeno es un producto de la vida", pero me ganaste por un par de minutos. +1
@UIDAlexD ¡siéntete libre de agregar cualquier cosa que me perdí!
Bueno, iba a hacer una broma del tipo "Hemos descubierto un planeta así, pero ya ha sido explorado, ¡incluso colonizado!". broma. Aparte de eso, dijiste todo lo que tenía que decir y más.
@UIDAlexD asombrado jadeando ¿¡¿Qué planeta es ese?!? (broma) Además, gracias por profundizar más en "El oxígeno es un producto de la vida" que los demás mencionaron brevemente. Buena respuesta.

en nuestro sistema solar? No. Ninguno de los otros planetas admitiría un ICE estándar de la Tierra.

¿En otros sistemas? Creemos que hemos encontrado otros planetas similares a la Tierra que se encuentran en la zona habitable que deberían admitir ICE, pero nadie los ha visitado todavía y carecemos de la capacidad de medir directamente las características relevantes.

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_potentially_habitable_exoplanets

Más allá de eso, las estadísticas parecen decir que con la cantidad de estrellas que hay y la cantidad de planetas que las orbitan, es probable que haya algunos que estén lo suficientemente cerca de la Tierra como para soportar un ICE, pero actualmente confirmando que está más allá de nuestras capacidades. solo llegar a ellos.

También tenga en cuenta que los ICE son una opción realmente pobre para la locomoción a menos que los otros exoplanetas también tengan depósitos de combustibles fósiles que podrían extraerse. De lo contrario, las baterías + energía solar o nuclear probablemente sean una opción mucho mejor para la locomoción.

¡Pero Plutón tiene toneladas de HIELO! ¡Ja! Los juegos de palabras... Gracias, buena respuesta. Estaba bastante seguro de que los planetas de nuestro sistema solar no tenían otras condiciones que la Tierra. Me preguntaba si las condiciones atmosféricas podrían de alguna manera aproximarse remotamente a estrellas distantes o algo así. ¿Incluso las lunas como Titán no admitirían ni remotamente a ICE? No solo me interesan los planetas.
Realmente me encantan ambas respuestas, la tuya por fuentes externas adicionales y la otra por mencionar a Titan. Me disculpo, pero ¿es aceptable no aceptar uno?
@MagicOctopusUrn Espere uno o dos días para ver si surgen mejores respuestas. Si obtuviste algo de Evan, acéptalo. No necesito los puntos.
@RussellBorogove nadie necesita puntos;). Pero te siento. Gracias a ambos por tomarse el tiempo para responder independientemente.

La combustión interna es una fuente de energía práctica (aunque indeseable) en la Tierra porque hay combustibles fáciles de transportar y almacenar, como la gasolina y el diesel, que pueden bombearse y dosificarse fácilmente en un motor y reaccionar con abundante oxígeno atmosférico para calentar un abundante fluido de trabajo (principalmente nitrógeno atmosférico) para producir potencia mecánica.

Está bien, lleva tu propio oxígeno y quema con el metano en Titán, claro, pero el oxígeno es difícil de almacenar en cantidad; es poco probable que alcances el tipo de densidad de energía con un vehículo hipotético de Titán con el que podemos llegar a la Tierra. vehículos a gasolina o diésel.

Como se indicó en otras respuestas, en cualquier caso, es poco probable que encuentre reactivos químicos naturales en abundancia, listos para cosechar en cualquier tipo de central eléctrica, en cualquier mundo, a menos que haya algún tipo de proceso biológico en el trabajo que descargue el exceso de energía de alguna otra fuente (como la radiación de una estrella anfitriona) en la separación química.

En todas partes en las que hemos podido mirar hasta ahora (ciertamente solo dentro de nuestro propio sistema solar), encontramos sopas químicas en varios mundos, pero no depósitos de reactivos claramente separados como los que tenemos en la Tierra. Incluso aquí vemos fenómenos como incendios forestales, provocados por rayos, aumentando la entropía global combinando madera y oxígeno para producir vapor de agua, dióxido de carbono y cenizas. Es solo que hay tanta maldita vida fotosintética que lo que se consume espontáneamente por el fuego se reemplaza rápidamente.

El punto clave es: ningún cuerpo celeste examinado hasta la fecha tiene una atmósfera "explotable" como la que tenemos en la Tierra. Tan pronto como encontremos uno, lo más probable es que habremos encontrado vida extraterrestre.

FWIW: Los motores de combustión interna son dispositivos relativamente ineficientes para convertir la energía almacenada en potencia mecánica; en el mejor de los casos, solo la mitad de la energía química disponible se convierte en trabajo útil; el resto termina como calor residual. Solo son prácticos debido a la densidad de energía de la fuente de combustible, la densidad de potencia de los ICE y la economía tanto de los dispositivos como de los combustibles. Si comienza a hacer sustituciones químicas, la economía y la practicidad pueden desaparecer, y otras opciones pueden volverse más favorables, como la electricidad de pila de combustible o la electricidad de batería.

Si puede transportar el oxígeno y quemar el combustible ambiental, entonces todos los gigantes gaseosos también son candidatos.
¿Existen atmósferas conocidas que soportarían los motores de combustión tradicionales?
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