Gravedad en un mundo hueco no cerrado

En general, el problema con las configuraciones de la Tierra hueca es que los objetos en equilibrio hidrostático no pueden ser huecos, y los planetas deben estar en equilibrio hidrostático. Los planetas se forman a través de colisiones de piezas más pequeñas de roca y polvo, y eventualmente acumulan suficiente materia para volverse sustancialmente grandes. No hay absolutamente ninguna forma de que se forme un planeta con un interior hueco; debió haber sido compactado durante su formación.

En un mundo hueco típico que está completamente cerrado, no debería haber prácticamente ninguna fuerza gravitatoria neta sobre una persona en el interior. Para una distribución de masa esférica, el teorema del caparazón establece que nadie dentro de un caparazón esféricamente simétrico no debería sentir ninguna fuerza gravitacional neta del caparazón. Habrá, por supuesto, variaciones en la densidad de masa, pero no suman nada sustancial.

Un caparazón semiabierto significa que el teorema del caparazón no es completamente válido, pero parece implicar que habrá muy poca gravedad. Su imagen muestra el planeta cerca de dos tercios encerrado, lo que significa que la mayor parte del campo se cancelará. Ciertamente, todo el componente vertical lo será, suponiendo que las dos capas sean idénticas.

Además, tener el caparazón solo parcialmente encerrado significa que la atmósfera tiene la posibilidad de escapar al exterior del planeta a través de la difusión, donde de hecho sentirá una fuerza neta, centrada en el centro de masa del planeta, que es probablemente el centro. de la concha Todavía quedaría algo adentro, supongo, pero mucho podría escapar al exterior. Sin embargo, no sé cuán significativo podría ser esto.

Jason K sugirió usar la rotación para mantener las cosas en la superficie interior del planeta, a través de la fuerza centrífuga ficticia . Aquí, la magnitud de la fuerza centrífuga es la misma que la de la fuerza centrípeta en el ecuador, el lugar donde es más fuerte.

El planeta necesitaría girar unas 17 veces más rápido o tener un radio 289 veces más grande para tener$|\mathbf{a}|=g$. Sin embargo, podría girar a unas 10 veces la velocidad de la Tierra y generar gravedad superficial a nivel marciano, lo que sería bastante adecuado para los humanos. Aparentemente, el exoplaneta que gira más rápido conocido,$\beta$Pictoris b, gira a aproximadamente tres veces la velocidad de la Tierra . ¹ Eso significa que para generar la gravedad marciana, el planeta tendría que tener un radio de 11 a 12 veces el de la Tierra, ¡haciéndolo del tamaño de Júpiter! Por lo que vale, lugar de medidas$\beta Pictoris b at$\sim1.46$ Radios de Júpiter. Ningún planeta terrestre se acercará a ese tamaño.

^{1 Dicho esto, no hemos medido los períodos de rotación de muchos exoplanetas.}

Si bien es poco probable que ocurra naturalmente...

Una estructura de esfera hueca todavía es posible, teóricamente.

Si el caparazón del mundo es lo suficientemente grueso y fuerte, entonces podría soportar las tensiones de rotación y posiblemente las tensiones gravitatorias de los objetos celestes circundantes. Esta es también la misma estructura básica de una Esfera Dyson.

La gravedad es producida por la masa, no importa la forma que tenga. Por lo tanto, una esfera sólida de suficiente masa producirá gravedad desde el centro. Una pirámide de masa del tamaño de un planeta gigante produciría gravedad desde el centro, que se sentiría más fuerte en los planos (más cerca del centro) y más débil en o cerca de los puntos. Un cubo gigante de masa tendría un efecto similar. Las cosas se ponen un poco extrañas con un objeto hueco.

Una esfera hueca producirá gravedad no desde el centro de la esfera, sino desde el centro de la masa existente, que en este caso es el material que forma el caparazón de nuestra esfera hueca. Por el bien de la teoría, digamos que nuestra esfera-cáscara hueca es del tamaño de Júpiter, sin masa en el centro. El grosor de la esfera lo ponemos igual al diámetro de la tierra. Si la gravedad tiene los mismos efectos, entonces lo que sucedería es que la parte media del caparazón se derretiría y finalmente se comprimiría hasta convertirse en metal a medida que los elementos más pesados ​​se precipitan o filtran fuera del material fundido.

Tenga en cuenta que esto sucedería en todas partes a lo largo de la capa-esfera. El resultado final teórico sería un caparazón que se compone de una capa interna de roca, debajo de la cual hay una capa de manto, debajo de la cual hay una capa de roca líquida y, finalmente, un "núcleo" de metal, solo que en realidad sería un hoja de metal En el otro lado de la lámina de metal habría otro conjunto de capas, roca líquida, manto y luego la superficie exterior de la roca.

Esto produciría entonces 1 g en la totalidad de las superficies internas y externas de la esfera (suponiendo, por supuesto, que esta estructura fuera de alguna manera lo suficientemente fuerte como para conservar su forma). Sin embargo, es muy probable que una esfera como esta sea una esfera completa, con solo pequeñas aberturas, a diferencia de su imagen.

Es probable que su imagen no funcione, según la ciencia...

La gravedad sobre el objeto de tu imagen atraería hacia la mayor densidad de masa, en otras palabras, hacia la parte superior e inferior. Esto significaría que podría pararse en el exterior o en el interior de la mitad superior o inferior, así como pararse en el exterior o en el interior de cualquiera de las esferas. La gravedad sería menor hacia los bordes, ya que la cantidad de masa también es menor.

A menos que haya fuerzas externas o adicionales no representadas, no hay nada que impida que las dos mitades ejerzan atracción gravitatoria y colapsen entre sí. Sin mencionar las islas aparentemente flotantes cerca de los bordes de la parte superior e inferior.

Pero, como no usaste ninguna etiqueta de "ciencia"... en realidad podría funcionar.

Sin embargo, como no usó ninguna de las etiquetas de Ciencia, podría postular magia, ciencia handwavium, otros elementos, fuerzas o entornos desconocidos que de hecho apoyarían y preservarían tal estructura como se muestra.

Una brillante idea...

Tal mundo estaría sometido a un estrés gravitacional extremo si existiera en un sistema solar por el sol y otros planetas (a menos que, de nuevo, optes por la magia o el handwavium). Si existiera en un sistema solar tradicional, entonces la luz del sol solo llegará a ciertas partes del mundo, arrojando gran parte de ella a la sombra la mayor parte del tiempo. Si bien eso podría ser un aspecto interesante desde el punto de vista temático y de la trama, sin duda limitaría los tipos de vida (flora y fauna) que podrían existir y adaptarse con éxito.

Si la estructura montañosa central con forma de pilar estuviera compuesta o cubierta con un material altamente reflectante, eso aliviaría parte del problema de la iluminación, pero también complicaría bastante los ciclos de día y noche. Además, tenga en cuenta que si la trayectoria orbital estuviera orientada de modo que la parte central abierta estuviera en el plano de la elíptica, sin inclinación axial, entonces no habría noche en muchos lugares del mundo, solo períodos de luz directa e indirecta. luz.

Verificación de la realidad

Antes de comenzar nada, ese planeta en la imagen no funcionará, punto. Pero... Hay una forma de hacer un planeta así.

Imanes. Sabes cómo funcionan los imanes, ¿verdad? El extremo norte llega al extremo sur, pero norte+norte o sur+sur no funcionarán. Bueno, así es como funcionará este planeta. Imanes extremadamente potentes. Tendría una esfera de imán principalmente norte (o sur) en el centro de su planeta, mientras que la capa interior (corteza) también sería norte (o sur).

Gravedad

La gravedad, podría ser difícil. De hecho, la gravedad no existirá a menos que el planeta gire MUY rápido, por lo que las cosas se empujan hacia el "suelo", o podría tener su planeta en medio de toneladas de arranques en un muy raro (probablemente imposible) orbita para que la gravedad desde el principio empuje a tus animales hacia el suelo. O bien, pueden hacer que sus criaturas en el planeta tengan imanes del sur en sus pies e imanes del norte en sus cabezas.

Ahora, aquí está la cosa, este planeta no podrá

1. Tener aire abierto al espacio,

2. Forma naturalmente.

Sigamos 1. El aire y el oxígeno y todas esas cosas serán succionadas, tal vez no succionadas como se ve en las películas espaciales, pero si este planeta simplemente desaparece y aparece. Entonces sí, como las películas.

y 2. Este planeta no se formará naturalmente, porque las posibilidades son PEQUEÑAS. sus problemas en el rango de googleplexionths.

Pero, es tu mundo, así que hazlo como quieras.

La gravedad se basa en la masa. no importa si un planeta es hueco no, todavía tiene masa. La esfera hueca dificulta las matemáticas, el concepto es el mismo. No importa ni un poco si el planeta está cerrado o no. Si la esfera hueca debajo de ti tiene la misma masa que la Tierra, experimentarías la gravedad si fuera una fuerza normal.

Un inconveniente, sin embargo, es que ahora tendrías un caparazón delgado en lugar de una esfera sólida, y esto podría crear gradientes gravitacionales inusuales del tipo que mantendría despierto a Larry Niven por la noche...

Dando por sentado que los habitantes de este mundo han alcanzado una etapa extremadamente avanzada de progreso tecnológico, sabiendo que el único límite de su tecnología es que no pueden violar o eludir la velocidad de la luz, por lo que no hay colonización espacial, podrían intentar un trabajo más masivo. de la ingeniería planetaria, utilizando el planeta mismo como material de construcción para ahuecarlo progresivamente para que puedan hacer un ecosistema de trabajo dentro de él, tomando calor y calor del núcleo. Su mundo sería el núcleo de un sol/reactor nuclear titánico.

La imagen que proporcionó debe mostrarse de lado, de modo que, a medida que el mundo sigue girando, proporcione gravedad artificial. Todos los demás recursos, agua y comida, vendrían de la superficie -a estas alturas, dado que esta gente básicamente reestructuró su planeta, cubrir la superficie con invernaderos sería el menor de sus problemas.

Los compresores Titanic podrían proporcionar aire fresco desde el exterior mientras que en el interior el CO2 es trabajado por vegetación genéticamente modificada.

La gravedad se gradúa a cero tanto hacia el punto medio a través de la capa exterior como en la superficie interior hacia el punto central. De hecho, podrías volar en el medio, pero podrías terminar como Ícaro.

Como ya se insinuó en otra respuesta, es casi imposible que resulte un planeta "natural" como lo solicitó.

Mi idea: una nave generacional del tamaño de un planeta, transportando a millones de personas hacia otra galaxia (o una estrella muy lejana en esta galaxia).
Después de algún tipo de desastre (o por una elección específica de los constructores de la nave), las personas en el interior perdieron la conciencia de vivir dentro de una nave estelar y formaron una sociedad primitiva. Afortunadamente, la maquinaria que mueve la nave está completamente automatizada y se repara sola (o podría ser operada por un grupo de técnicos que no tienen permitido tener contacto con las personas que viven en la esfera).
La gente entonces viviría en una biosfera esférica gigante en la punta de la nave y dado que esta nave está en aceleración perpetua, crearía una gravedad que va desde el techo de la esfera hacia el fondo (similar a su dibujo).

Algunos inconvenientes de esta idea:
* una nave con una biosfera esférica en su punta no es muy eficiente como relación superficie/volumen calpeable. Tal diseño sería mejor con una biosfera de forma cilíndrica.
* si estuviera en aceleración perpetua, esta nave probablemente viajaría casi todo el tiempo casi a la velocidad de la luz, lo que plantea un problema temporal. Incluso si llegar a otra galaxia requeriría millones de años terrestres, a una velocidad relativista, el tiempo dentro de la nave estelar se reduciría al orden de magnitud de algunas decenas de cientos de años. Si su mundo necesita mitos antiguos (o suficiente tiempo para que las personas olviden que están en una nave estelar), el viaje podría ser demasiado corto