Experimento mental: ¿Se podría enfriar la Tierra bombeando refrigerante?

Posibilidad de usar un refrigerador para enfriar la tierra

Entiendo que la Tierra en su conjunto no puede enfriarse directamente irradiando energía por razones teóricas. El calor residual tiene baja entropía; elevar efectivamente su entropía para irradiarla debe costar más de lo que gana.

Pensé en construir una torre increíblemente alta y bombear refrigerante, en última instancia, hacer una conexión mecánica entre la Tierra y el espacio donde la radiación de cuerpo negro sería efectiva para enfriar. ¿Qué pasaría si quisiéramos enfriar la Luna, donde hay poco o nada de aire que interfiera? ¿Podríamos construir una plataforma moderadamente alta, usando espejos debajo y aislamiento y, en última instancia, reducir significativamente la temperatura promedio de la Luna? Esto parece similar en principio a lo que realmente se hace para enfriar las naves espaciales.

Supongamos que tenemos una gran plataforma, adecuadamente aislada de la Tierra o la Luna y con un escudo móvil para el Sol. ¿Hay alguna razón teórica por la que no podamos usar un refrigerador, alimentado (principalmente) desde la plataforma, y ​​usar radiación de cuerpo negro en el espacio para obtener un enfriamiento neto en la luna o el planeta adjunto?

** Configuraciones posibles**

Plataforma quizás un kilómetro por encima de la Luna. El depósito caliente podría conectarse a una estructura enterrada para aumentar la cantidad de calor transferido.

Plataforma sobre una torre (lo más probable imposible) de cien kilómetros. Demasiado bombeo necesario cerca de la parte inferior de la torre es un problema obvio.

Plataforma sobre el monte Everest, depósito caliente intercambia calor a través de un agujero perforado profundo. El refrigerante puede o no ser bombeado a través del orificio. Menos eficiente debido a la atmósfera residual.

Si existe la posibilidad de que esto se pueda hacer, aunque a un costo enorme, me gustaría considerar los límites teóricos sobre la cantidad de calor que se podría transferir en función del tamaño de la plataforma y el sistema de refrigeración.

Sé que el calor es energía aleatoria y un radiador activo debe convertirlo en energía dirigida, pero no pude explicarlo bien. Mi idea parece estar haciendo trampa de alguna manera, pero bueno, ¿el Hubble no hace lo que estoy especulando? Espero que haya un principio básico de física que pueda explicarse claramente.

Respuestas (1)

Esto probablemente funcionará, al menos un poco.

Parece que la temperatura máxima de los satélites expuestos al Sol en órbita terrestre baja es de alrededor de 123 grados Celsius*. Si puede calentar su radiador más que alrededor de esa temperatura, entonces irradiará energía incluso cuando esté a plena luz del sol. Parece que excavar unos 20-25 km en la corteza te dará un reservorio natural que tiene aproximadamente esa temperatura**.

La temperatura de un satélite en órbita terrestre baja varía de aproximadamente -170 grados centígrados a 123 grados centígrados. Podemos modelar esto aproximadamente como una sinusoide con un período de 90 minutos:

T a metro b i mi norte t ( t ) = 325  k + ( 222  k ) pecado ⁡ ( t 2 π ( 90  min ) )

Tomaremos esto como la temperatura a la que estaría el radiador si no fuera calentado por su intercambiador de calor. La potencia radiada neta en función del tiempo sería entonces:

PAG ( t ) = σ A ( T r a d i a t o r 4 − T a metro b i mi norte t ( t ) 4 )

dónde A es el área de la superficie del radiador y σ es la constante de Stefan-Boltzmann. Podemos promediar esta potencia radiada durante un período de 90 minutos, lo que nos da:

⟨ PAG ⟩ = σ A ( T r a d i a t o r 4 − ⟨ T a metro b i mi norte t 4 ⟩ ) = σ A ( T r a d i a t o r 4 − ( 1.38 × 10 10  k 4 ) )

Si asumimos que puede hacer que su radiador alcance los 150 grados centígrados, usando un intercambiador de calor pasivo enterrado profundamente en la corteza y sin pérdida de calor en el camino hacia arriba, entonces obtenemos:

⟨ PAG ⟩ = ( 1035  W/m 2 ) A

Por lo tanto, podría irradiar alrededor de un kW de energía térmica por metro cuadrado de radiador. En realidad, esto no es tanto (un calentador de espacio emite más energía en mucho menos espacio), y su radiador tendría que ser absolutamente gigantesco para tener un efecto significativo en la temperatura de la Tierra. Como referencia, la Tierra actualmente está absorbiendo alrededor de 250 TW más de energía de la que emite***, por lo que necesitaría alrededor de 250 , 000  kilómetros 2 del radiador, todos calentados a la misma temperatura, antes de que pudiera esperar tener un gran efecto en ese desequilibrio. Como referencia, ese es un radiador tan grande como el estado de Wyoming, calentado por encima del punto de ebullición del agua, sentado en el espacio.

*(fuente: https://www.oreilly.com/library/view/diy-satellite-platforms/9781449312756/ch01s05.html )

**(fuente: https://www.researchgate.net/figure/Temperature-distribution-with-profundidad-en-la-corteza-para-diferentes-valores-de-advectivo_fig3_241463986 )

***(fuente: https://www.giss.nasa.gov/research/briefs/hansen_16/ )

¡Gracias! Tal vez podamos tener un prototipo listo para la Luna en 2024 <sonrisa>. Si podemos obtener energía y al menos sombra parcial allá arriba, y hacer todo el bombeo desde un kilómetro sobre la superficie, entonces tal vez haya esperanza para la idea del Monte Everest. ¡Desafortunadamente necesitaremos el doble del área de Wyoming debido a la atmósfera parcial!
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