Gravedad y una esfera gaseosa masiva en el espacio

Algunas investigaciones, y algunas respuestas de otros, han sugerido que una esfera de gas masiva (¿del tamaño de un planeta?) en el espacio, sin núcleo duro, pero con aire respirable dentro de alguna parte, puede crear suficiente gravedad propia para mantenerla estable. (Con suerte, el tiempo suficiente para que se forme vida allí).

La enorme esfera de gas ejercería su propia gravedad manteniendo así los gases contenidos, incluso sin una "tapa". Dentro de la esfera, uno sería atraído hacia el centro, pero una vez en el centro, experimentaría una sensación de falta de gravedad, ya que la gravedad lo atraería desde todas las direcciones. Eso es si el centro no tiene una presión masiva. ¿O lo sería?

Además, si la esfera estuviera cerca de un sol, los gases permanecerían gaseosos, serían lo suficientemente cálidos para sostener la vida y tendrían luz. Puede que allí también haya agua.

Estoy tratando desesperadamente de crear un mundo/entorno de gravedad cero, que tenga vida animal nativa, que los humanos puedan visitar y vivir. ¿Algo de esto es posible?

Existen esferas gaseosas masivas en el espacio. Algunos de ellos son estrellas, otros son planetas como Júpiter. Ninguno de ellos es muy adecuado para la vida...
No parece posible. Lo que describes es un gigante gaseoso. En el centro no hay fuerza gravitacional neta, pero aún sientes el peso de todas las capas de arriba. La presión es enorme.
Todo depende del tamaño de la "esfera gaseosa". Por ejemplo, cerca del núcleo de Júpiter , la presión es tan alta que existe hidrógeno como metal líquido .
¿Los planetas gaseosos tienen que ser gigantes? ¿O podría haber un planeta más pequeño, cuyo centro no esté tan presurizado?
¿Habría alguna diferencia si la esfera tuviera una tapa, digamos como un globo, y no fuera lo suficientemente grande como para ser del tamaño de un gigante gaseoso, pero sí lo suficientemente grande como para sostener un entorno habitable?
@len: estoy seguro de que alguien un poco más inclinado a las matemáticas podría ponerle números ... pero no estoy 100% seguro. Hay que tener cuidado con 2 umbrales: necesita suficiente gas para proporcionar suficiente gravedad para mantener la cohesión de la pelota, pero necesita suficiente gas para evitar que el gas en el centro se vuelva sólido debido a la presión. Tengo la sensación de que esto está muy lejos... suficiente gas para mantener su estructura es demasiado para no tener un núcleo sólido de gas comprimido (así que a la pregunta, el núcleo tendría una presión masiva)
Si estás cayendo al centro del planeta, no te detendrás allí hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Mechanics/earthole.html
@Len, si te gustan los videojuegos, te sugiero que eches un vistazo a Windforge. Pero solo eche un vistazo, no lo compre (los desarrolladores dejaron de trabajar en él a la mitad). Puedes encontrarlo en Steam. Tiene un ecosistema en un gigante gaseoso, con animales como ballenas voladoras y krakens.
Gracias @Renan. ¿Se basa remotamente en ciencia sólida? jajaja
¿Una esfera gaseosa masiva en el espacio? Espero que al menos uno de tus personajes se refiera a él como Godfart.
@BrettFromLA, ¿y no me demandarás cuando use eso?
@Len ¡Siempre y cuando el nombre del personaje sea Brett!
@BrettFromLA, ¡listo!
@Len Sí lo es. Las casas voladoras se crean equilibrando su peso con la sustentación, que generan los globos y las hélices. De hecho, ves masas y fuerzas en la interfaz de usuario. Además, si no tienes corazón, puedes matar una ballena voladora y llenar su cadáver con globos para hacer una nave voladora.
El anillo de humo de Larry Niven no es exactamente lo que tenías en mente, pero se acerca bastante. en.wikipedia.org/wiki/The_Smoke_Ring_(novela)
Un posible mecanismo natural para crear una esfera gaseosa 'cubierta' sería si el proceso que forma la piedra pómez se exagerara hasta el punto de que las burbujas fueran lo suficientemente grandes como para que cada una fuera habitable.
@Lex, suena interesante, pero ¿es eso posible? ¿De qué estaría hecha la "tapa" en ese caso? Originalmente estaba pensando en una burbuja artificial, pero esto suena más interesante.

Respuestas (4)

Hay algunos problemas en lo que describes, pero también hay una solución.

Planeta puro y deslumbrante significa una gota en el centro

Un problema de lo que describes es que solo hay UN centro en un planeta. Si caes al centro, el próximo animal en este mundo caerá sobre ti.

Luego el siguiente...

Etcétera....

Habría un núcleo denso de todos modos

Por la misma razón, el polvo y el asteroide se acumularían en el centro, creando un núcleo denso (posiblemente líquido)

Pero aún puedes tener una gravedad súper baja

Para una esfera, gravedad igual a Cm/r²; donde
- C es una constante igual a G/(2*π) ≈ 10−11 m3⋅kg−1⋅s−2
- r es el radio
- m es la masa dentro de dicho radio

Entonces, si tiene un núcleo sólido del tamaño de Ceres rodeado por una cantidad arbitraria de gas, la gravedad de la superficie será similar a la gravedad de Ceres (0.03 g)

Ceres tiene un radio de 500 km. Sería difícil tener un núcleo mucho más grande sin una gravedad significativa.

Con una gravedad tan baja, diría que la presión del aire similar a la terrestre permitiría a un humano "nadar" en el aire. Si aumenta la presión, la gravedad se volvería secundaria (al igual que las partículas sólidas pero diminutas que hacen que el humo se levante a pesar de la gravedad)

Pero a medida que te elevas, también lo hace la gravedad (a medida que aumenta la masa del aire debajo de ti). No puedes nadar o volar tan alto como quieras.

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nota: me temo que el inglés no es mi idioma nativo. Siéntase libre de editar si tiene derechos

¡Gran respuesta! Solo voy a ser un poco quisquilloso: la velocidad de escape de Cere es aproximadamente la velocidad promedio de las moléculas de aire a temperatura ambiente. Necesitas un poco más de gravedad para mantener la atmósfera. Pero si estás dispuesto a ir por un poco más de gravedad, podrías arrojar toda la atmósfera de la Tierra allí... Es dos órdenes de magnitud menos masivo que el propio Ceres. Y sí, serías capaz de volar batiendo alas de cartón. Aunque sería muy incómodo.
@Madlozoz y @Renan, gracias a ambos por esto. Suena bien.
@Renan Si tiene gases más pesados, pueden estar más calientes antes de escapar.
@notstoreboughtdirt Lo sé, pero imagina nuestra propia atmósfera con gases más pesados. En el mejor de los casos, nuestras voces sonarían diferentes, en el peor de los casos, todos morirían.
El agua es la más vulnerable, y el vapor de agua a largo plazo que tiene una velocidad de escape ciertamente mata todo lo que conocemos, pero tal vez algo exótico use una gran molécula de fluoruro o cloro o una cadena de carbono. Sin embargo, parece que volver a leer la pregunta no es realmente apropiado aquí.
Probablemente estés pensando en un mundo de burbujas. Dani Eder calculó que una esfera de gas de 240.000 km de radio, cubierta con una capa protectora que suministró suficiente contrapresión gravitatoria para equilibrar la presión del gas en su interior, crearía una capa de espacio vital con una presión similar a la de la Tierra y una temperatura cerca de la superficie con 1400 veces el área de la superficie de la Tierra, y alrededor de un millón de veces el volumen vivo utilizable. Ver yarchive.net/space/exotic/bubbleworld.html
@Renan Pero esa sería la velocidad de escape de la superficie. Como el núcleo está rodeado de mucho gas, la gravedad en altitud es mayor. La velocidad de escape sigue las reglas de un planeta deslumbrante (gigante o no)
@madlozoz La velocidad de escape de la superficie de la Tierra es 22 veces mayor que Ceres y la Tierra aún pierde una tonelada y media de atmósfera por día. No es que tener una velocidad molecular promedio cercana a la velocidad de escape haga que una atmósfera vaya al espacio en un instante; la mayoría de las moléculas chocan entre sí en el camino y cambian de dirección, pero algunas moléculas en la atmósfera superior alcanzarán velocidades mucho más altas. mayor que cualquier velocidad de escape que tenga. Durante el tiempo geológico, un gigante gaseoso tan "pequeño" no tendría atmósfera muy rápido.
@Renan, ¿Qué vecindario de años es el "tiempo geológico" que le tomaría a este "pequeño" gigante gaseoso no tener atmósfera? ¿Millones de años? ¿Cientos de miles de años? ¿Hay alguna forma de calcular?
@Len Tengo una cifra incorrecta allí. La Tierra no pierde una tonelada y media de atmósfera por día, en realidad está más cerca de las 90 toneladas por día . Aparte de eso.... También me equivoqué al decir que la atmósfera no se apagaría en un instante en Ceres. Lo haría : si una atmósfera fuera teletransportada mágicamente allí, prácticamente todas las partículas alcanzarían la velocidad de escape instantáneamente.
@Renan No. Una atmósfera NO desaparecería de Ceres SI la atmósfera es lo suficientemente grande. Un núcleo sólido no tiene propiedades mágicas que te obliguen a despreciar la masa atmosférica. Ceres+Atmósfera terrestre+temperatura terrestre+mismo viento solar que la tierra significa que la atmósfera desaparecería en un instante. Pero hay muchos otros parámetros en los que un pequeño planeta mayormente deslumbrante sería estable.
@Renan, estoy llegando aquí, pero ¿y si el núcleo fuera una pequeña cantidad de neutronio para crear suficiente gravedad? ¡No te rías!
@len un planeta más denso funcionaría bien.
@Renan, un planeta más denso también aumentaría la cantidad de gravedad, ¿no? Espero un entorno tan micro-g como sea posible.
@Len Pensé que querías esa gravedad extra cuando mencionaste el pero del neutronio.
@Renan, bueno, lo suficientemente bueno como para aferrarse a la atmósfera, pero no tan bueno como para que mis personajes no puedan "flotar" o "volar". Lo principal que estoy tratando de crear es un entorno micro-g para una historia en la que los astronautas encuentran un lugar habitable en el que flotan/vuelan. Todas las respuestas que he encontrado hasta ahora parecen tener tantos problemas como ellos. soluciones
@Len puedes hacer eso en Titán, que tiene bastante más que microgravedad. io9.gizmodo.com/…

Pellucidar cero

He estado pensando en esta pregunta. ¿Una esfera de xenón, lo suficientemente densa para que los animales floten y lo suficientemente grande para tener gravedad? Necesitaría cálculo para modelar la densidad del gas a cualquier profundidad y, en última instancia, ha creado un gigante gaseoso. En cuanto a navegar en un gigante gaseoso, XKCD ha tenido la última palabra . ¿Una nebulosa? Demasiado poco denso. ¡Algún vórtice espacial! Creo que un vórtice se mantendría unido en el espacio, pero se desaceleraría rápidamente debido a las pérdidas de energía por fricción. ¿Alimentado por viento solar?

El OP quiere una atmósfera similar a la tierra en un entorno de gravedad cero. Como la estación espacial. La estación espacial contiene su atmósfera en un caparazón hueco. Esa es la solución. Su mundo está dentro de un planeta hueco, y dentro del caparazón de este planeta no hay gravedad.

Una esfera simétrica hueca no ejerce gravedad sobre los objetos internos, independientemente de cuánta gravedad pueda experimentar un objeto externo en la superficie. https://en.wikipedia.org/wiki/Shell_theorem

Este concepto llamó un poco la atención en la pila de WB aquí. ¿El grosor y el diámetro de una tierra hueca afectan la gravedad general en el interior?

pero creo que la explicación de Lurch de cómo funciona esto es excelente. Lo extraje de Halfbakery.

http://www.halfbakery.com/idea/Moon_20VLO_20Device

Pero el objeto dentro de una esfera hueca que no experimenta gravedad, eso no parece correcto. Un objeto en el centro exacto de Pellucidar no experimentaría gravedad ya que el tirón de todos los lados se cancelaría, al igual que el objeto que cae a través de un túnel que perfora la tierra oscilará de un lado a otro hasta detenerse en el centro.

¿No experimentaría un objeto desplazado (aquí el dispositivo orbital interior como > >propuesto) más tirón de la pared más cercana que la más lejana (cuadrado inverso y todo)? — bungston, 29 de febrero de 2012


El objeto experimenta más atracción de una masa dada en el lado cercano, pero más de la masa de la esfera está en el lado lejano.

Piense en cuatro masas iguales, espaciadas 90 grados alrededor de un círculo. Ponga, en una línea entre dos de ellos, un objeto, más cerca de uno que del otro. Ese cuerpo más cercano ejerce más atracción que el más lejano. Sin embargo, los dos a los lados se cancelan entre sí, pero también agregan la fuerza resultante que los aleja del objeto cercano. Una vez que extiendes esto a una esfera (y haces un poco de cálculo) todas las fuerzas resultantes se cancelan. — MechE, 29 de febrero de 2012


Tu corazonada sobre la distancia al cuadrado inverso es correcta, pero tiene otro efecto que has ignorado.

Bien, estás a punto de ser colocado dentro del caparazón de un planeta hueco. No estarás en el centro, sino lejos a un lado. Se le da un puntero láser, no una cosa insignificante de una tienda de dólar, sino un láser de clase megavatio con rayos que salen de ambos extremos. ¡Ten cuidado con eso!

Ahora, toma tu puntero láser de Darth Maul, apúntalo en la dirección que quieras y muévelo para dibujar una forma. Notarás que si apuntas un extremo en una dirección donde el caparazón está cerca, entonces el otro extremo se dirige a un punto lejano. En consecuencia, cuando dibuja su forma, el extremo cerrado dibuja una forma pequeña; el otro extremo dibuja una forma grande, pero subtienden ángulos idénticos.

Si ahora calculas la gravitación ejercida sobre ti por las dos áreas indicadas, la cercana (pequeña) ejerce más fuerza sobre ti por unidad de masa que la lejana (grande), debido a la ley del inverso del cuadrado, como habías supuesto. Sin embargo, la advertencia de "por unidad de masa", cuando se aplica a la pequeñez/grandeza de las dos figuras opuestas, cancela precisamente.

Funciona para cualquier par de formas opuestas que puedas dibujar, desde cualquier posición >dentro del caparazón, siempre que el caparazón sea uniforme.
— estacada, 29 de febrero de 2012


Considere tal planeta con una colonia en la superficie exterior. Hay una puerta en el piso de un edificio. Al abrirlo vemos gente flotando por ahí abajo; están en el lado interior. Me pregunto cuál sería la experiencia de subir por esa puerta desde el lado ingrávido. — bungston, 16 de marzo de 2012


// subiendo por esa puerta desde el lado ingrávido.// eh... genial. > Nunca lo había pensado de esa manera: se sentiría como si un campo de repulsión antigravedad estuviera tratando de mantenerte alejado de la puerta. (En realidad, la gravedad hacia todas partes, excepto la masa inexistente en el eje hacia la entrada, por lo que el desequilibrio parecería un campo repelente).

"¡Cierra la puerta para que pueda salir!" — estacada, 16 de marzo de 2012

Este puede ser tu mundo: un planeta hueco dentro del cual hay una atmósfera atrapada pero no gravedad. Lo bueno: como se indicó anteriormente, si abre una puerta al exterior, Pellucidar intentará mantener su atmósfera adentro.

Me encanta esta respuesta, aunque es un entorno/creación separado. ¡Gracias!

Deberías leer los libros "Los árboles integrales" y "El anillo de humo" de Larry Niven.

Hay una descripción muy breve en Wikipedia aquí y una un poco más larga aquí .

La historia ocurre en torno a la estrella de neutrones ficticia Levoy's Star (abreviada "Voy"). El gigante gaseoso Goldblatt's World (abreviado "Gold") orbita esta estrella justo fuera de su límite de Roche y, por lo tanto, su gravedad es insuficiente para mantener su atmósfera, que se suelta en una órbita independiente alrededor de Voy y forma un anillo que se conoce como gas. toro. El toroide de gas es enorme, de un millón de kilómetros de espesor, pero la mayor parte es demasiado delgado para ser habitable. La parte central del Gas Torus, donde el aire es más denso, se conoce como el Anillo de Humo. El Anillo de Humo soporta una amplia variedad de vida.

Es antiguo ahora, pero se basa en la ciencia dura en ese momento y, hasta donde yo sé, el concepto base sigue siendo viable, aunque poco probable.

Puedes tener una nube gaseosa en el espacio, pero estará sujeta a algunas limitaciones.

El más estricto de ellos es que una nube con densidad respirable y temperaturas y presión compatibles con la Tierra es inestable cualquiera que sea su tamaño y, por lo tanto, sufrirá un colapso gravitatorio hasta que la presión aumente lo suficiente como para equilibrar la atracción gravitacional. Esto podría retrasarse si la nube es en realidad un toro giratorio, su "gravedad interna" se extiende por toda la órbita, y este es el mecanismo del anillo de humo de Larry Niven (también, allí tiene un gigante gaseoso reabasteciendo el anillo con atmósfera filtrada en el espacio).

Grandes volúmenes de condiciones compatibles con la Tierra podrían existir dentro de una nube de gas interestelar durante un tiempo limitado (unos pocos siglos) durante un colapso; entonces los habitantes tendrían que huir hacia las fronteras, y comenzarían a sentir la atracción gravitatoria de la masa de acreción central.