¿La gravedad artificial de una nave espacial le daría una atmósfera?

Sí podría.

Si su gravedad es de 1 g alrededor de un 'centro gravitacional', presumiblemente su nave es una esfera, por lo que su tripulación y pasajeros están siendo atraídos a 1 g hacia su 'centro'. ¿Podría de hecho su nave espacial ser un planeta ?

Si es físicamente más pequeño que un planeta, entonces el radio determina cuánta 'gravedad artificial' necesitas, ¿o no? Un material ultra denso crearía un campo de gravitación con un 'centro', y quizás un pequeño agujero negro también lograría lo que buscas. Estos son conceptos conocidos, por lo que no necesariamente requieren que exista su 'gravedad artificial'.

Digamos que su nave tiene un radio de 50 m, la masa de su 'centro gravitatorio', usando la ecuación de Newton, su centro debe tener una masa de 367 x 10^12 kg, para que una persona de 70 kg sienta un tirón de 1 g (digámoslo) Cubierta 01.

Por supuesto, esto también formaría una 'atmósfera' , ya que también atrae las partículas flotantes a su alrededor, y la caída sería similar a la del planeta Tierra, ya que la tasa de caída es una relación simple con el radio. Entonces, para todos los efectos, es una 'mini-Tierra'. Sin embargo, tenga en cuenta que la presión no lo es, a menos que lo desee, y podría tener una mini-Tierra sin apenas atmósfera (como Mercurio o Marte).

Sin embargo, mover tu nave espacial es una variable que debes considerar. Si su nave acelera repentinamente a una nueva velocidad, es fácilmente concebible que su atmósfera no vaya con la nave como le gustaría dependiendo de su velocidad . Esto también afecta a los pasajeros y la tripulación: es posible que su barco no sea tan útil como se pensó en un principio .

Además, mover su nave a través de un sistema solar típico afectará las órbitas de otros planetas : imagine tener todos los efectos de mover la Tierra, pero solo uno que tenga un tamaño físico pequeño. Podría ser bastante disruptivo.

No. El problema es que mantenerse en la atmósfera no es una función del campo gravitacional, sino de la velocidad de escape.

En una situación planetaria normal, la velocidad de escape y la gravedad están relacionadas: un planeta con una gravedad similar a la de la Tierra no tendrá problemas para mantener una atmósfera a menos que se esté asando.

Sin embargo, en situaciones como esta la relación se corta. Tu nave tiene 1 g en la superficie, pero la gravedad cae mucho más rápido que en la Tierra: la atmósfera se aleja rápidamente.

Si no he dejado caer un cero en alguna parte: un radio de 100 m con 1 g en la superficie tiene una velocidad de escape de 140 m/s. Vaya, la partícula promedio (todas las importantes tienen una masa razonablemente similar) en la atmósfera de la Tierra se mueve a 500 m/s. Su atmósfera parte casi instantáneamente.

Tamaño y peso del barco.

La respuesta a continuación asume que la gravedad artificial se comporta como una masa puntual en el espacio, manteniendo erguidos a los habitantes humanos de la nave esférica que residen en la superficie, con una cómoda gravedad similar a la de la Tierra. También supone que la nave es bastante grande, es decir, varios cientos de metros de diámetro. Esto es para evitar mareos y problemas de equilibrio en las personas cuando caminan por el barco.

Supongamos que el barco tiene forma de esfera, entonces su superficie es proporcional a R al cuadrado, como la gravedad es proporcional a R al cuadrado. En consecuencia, si conoce el diámetro del barco, se puede utilizar una escala lineal simple. El peso de la nave sería la masa de la tierra multiplicada por las superficies divididas.

Ejemplo de cálculo: Tome la masa de la tierra 6e24 kg , multiplicada por la superficie del barco en m² dividida por la superficie de la tierra 5.1e14 m² . Si tu nave tiene 400 metros de diámetro, su radio es de 200 metros... la superficie de la nave será

4π * 200m * 200m = 502.654 m²

El peso de la nave será la relación entre la masa de la tierra y las superficies,

mNave = 6e24 * 502.654 m²/ 5.1e14 m² = 6.0e15 kg

A una distancia de 200 m del centro de esta masa, los habitantes de la nave sentirán la gravedad de la Tierra. Un observador externo también sentirá la atracción gravitacional. Esta cantidad 6e15 kg parece mucho, pero se trata de la misma masa del asteroide que mató a los dinosaurios ( 6,82e15 kg ). Entonces, la nave, como objeto, no afectará de manera relevante nada en el espacio lejano.

Atmósfera

Cualquier cosa a una distancia de aproximadamente 200 m sentirá la misma gravedad que los humanos en la Tierra, por lo que cuando se liberan gases, permanecerán tan fácilmente cerca de la superficie como lo harían en la Tierra. Sin embargo, no será una atmósfera espesa ... cuanto más cerca esté el punto central de gravedad, más pronunciado será el gradiente de caída de la gravedad cerca de esos 200 metros. Pero supongamos que la atmósfera tendría un espesor de unos 1000 metros, no calculé eso, pero puede ser suficiente para respirar y mantener vivo un ecosistema. La nave también atraerá polvo y partículas cercanas, y asteroides cercanos.

Pero.. ¿cómo viajar?

Hasta aquí todo bien, un poco de polvo no hace daño. El único problema es... ¿cómo mover un barco como este? la energía requerida sería enorme.

Recuerda Oumuamua

^{Darrel S Rivers 2021, vía technostalls.com, uso legítimo.}

Bueno, la humilde larva de frijol tiene un buen truco para esconderse de las hambrientas larvas de libélula y los peces:

^{Uso justo de Joyce Gross 2021.}

Por supuesto, el tubo está abierto en ambos extremos para permitir la alimentación y la respiración en el extremo de la cola. Me imagino que su barco debería poder navegar y propulsarse igualmente.

Como se señaló en los comentarios, la gravedad disminuye según el inverso del cuadrado de la distancia, lo que significa que, bueno, depende de cómo funcione su sistema de gravedad.

Si desea el efecto de un capullo, entonces puede decir que son efectos residuales de "fugas de gravedad" alrededor del casco, el efecto podría ser bastante débil. Naturalmente, esto significaría que para aferrarse al camuflaje, no se pueden intentar maniobras repentinas o fuertes aceleraciones. Si el efecto es intencional y está bajo control, entonces su fuerza depende de lo que la tripulación pueda soportar.

También podría tener la ventaja de proteger la nave de lluvias de meteoritos , campos de escombros que deben atravesarse y eyecciones de masa coronal que, de lo contrario, podrían causar problemas graves (en el último caso, sería prudente apagar todos los sistemas eléctricos). hasta que pasó).

En cuanto a una atmósfera, necesitaría aumentar la fuerza del campo (a niveles letales) para retener cualquier cosa con una presión de vapor . Una solución podría ser liberar una nube de microgotas de agua. No te daría nada respirable, pero te haría parecer un cometa, con la niebla siendo arrastrada en un rastro lejos de la estrella más cercana.

Según Habitable Planets for Man , Stephen H. Dole, 1964, un planeta necesita una velocidad de escape varias veces mayor que la velocidad media de las partículas atmosféricas para retenerlas durante periodos geológicos.

https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/commercial_books/2007/RAND_CB179-1.pdf

De acuerdo con la tabla 5 en la página 35, la capacidad de retener los gases atmosféricos depende de la relación entre la velocidad de escape y la raíz cuadrada media de la velocidad de las partículas del gas atmosférico.

Cuando la relación es 1, la vida útil de la atmósfera es cero. Donde la relación es 2, la vida útil es cero. Cuando la proporción es 3, la vida útil es de unas pocas semanas. Cuando la relación es 4, la vida útil de la atmósfera es de varios miles de años. Cuando la relación es 5, la vida útil de la atmósfera es de unos cien millones de años. Donde la relación es 6, la vida útil de la atmósfera es infinita.

Por supuesto, es posible que su nave espacial no funcione durante períodos de tiempo geológicos, por lo que una proporción de 3 o 4 podría ser suficiente para la duración de la historia.

Tenga en cuenta que la relación es la relación de la velocidad de escape y no la gravedad de la superficie a la raíz cuadrada media de la velocidad de las partículas atmosféricas.

El planeta Tierra tiene una gravedad superficial de 9,80665 metros por segundo por segundo, o 1 g, y una velocidad de escape de 11,186 kilómetros por segundo.

El planeta Júpiter tiene una gravedad superficial de 24,79 metros por segundo por segundo, 2,527 de la terrestre, y una velocidad de escape de 59,5 kilómetros por segundo, 5,319 de la terrestre.

La luna Io tiene una gravedad superficial de 1,796 metros por segundo por segundo, 0,183 de la terrestre, y una velocidad de escape de 2,558 kilómetros por segundo, 0,228 de la terrestre.

La luna Europa tiene una gravedad superficial de 1,314 metros por segundo por segundo, 0,134 de la terrestre, y una velocidad de escape de 2,025 kilómetros por segundo, 0,181 de la terrestre.

La luna Ganímedes tiene una gravedad superficial de 1,428 metros por segundo por segundo, 0,146 de la terrestre, y una velocidad de escape de 2,741 kilómetros por segundo, 0,245 de la terrestre.

La luna Calisto tiene una gravedad superficial de 1,235 metros por segundo por segundo, 0,126 de la terrestre, y una velocidad de escape de 2,440 kilómetros por segundo, 0,218 de la terrestre.

Compare la proporción de la gravedad de la superficie de cada objeto en comparación con la de la Tierra, y la proporción de la velocidad de escape de cada objeto en comparación con la de la Tierra. Esas dos proporciones no son las mismas para ninguno de esos cinco objetos.

La gravedad superficial y la velocidad de escape son dos cosas diferentes y existen diferentes fórmulas para calcularlas.

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

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

Entonces, para formar una atmósfera fuera de la nave espacial, se necesita un generador de velocidad de escape artificial en lugar de un generador de gravedad artificial.

Afortunadamente, parece razonable que un generador de gravedad artificial aumentaría enormemente la velocidad de escape de la nave espacial, que de otro modo sería insignificante, como efecto secundario.

Si calcula la masa que debería tener un objeto esférico con el radio de su nave espacial para tener una gravedad superficial de 1 g en su superficie, puede suponer que su generación de gravedad supercientífica de alguna manera simula el efecto de tener tanta masa en la superficie. centro de tu nave espacial esférica.

Y esa cantidad de masa simulada presumiblemente debería usarse para calcular la velocidad de escape a varias distancias desde el centro de su nave espacial presumiblemente esférica. Y así debería poder calcular la velocidad de escape en la superficie de su nave espacial, y al doble del radio de su nave espacial, y al cuádruple del radio de su nave espacial, y así sucesivamente.

Y la fuerza de la velocidad de escape creada como un efecto secundario de su gravedad generada debería caer rápidamente con múltiplos del radio de su nave espacial presumiblemente esférica. A menos que sea una nave espacial supergigante como la Estrella de la Muerte o la Alondra de Valeron .

Entonces, siempre que parte de la atmósfera se aleje más de unos pocos metros o kilómetros de la superficie de su nave espacial, dependiendo del tamaño de la nave espacial, debería viajar varias veces más rápido que la velocidad de escape a esa distancia y debería escapar muy rápidamente. .

También observo que el viento solar incluye partículas de movimiento rápido que golpean las atmósferas superiores de los cuerpos astronómicos y alejan las partículas atmosféricas de los planetas, erosionando gradualmente sus atmósferas. Tener fuertes campos magnéticos planetarios desvía esas partículas cargadas lejos de la atmósfera y la protege de ese proceso.

Entonces, si su nave espacial retiene la atmósfera durante mucho tiempo, debería generar un fuerte campo magnético por alguna razón que también protege la atmósfera alrededor de la nave espacial. Posiblemente, el campo magnético se usaría para desviar las partículas cargadas y evitar que penetren en el casco de la nave y dañen a la tripulación.

O la nave espacial siempre podría operar lo suficientemente lejos de la estrella más cercana como para que el viento solar agotara la atmósfera exterior de la nave espacial mucho más lentamente de lo que las partículas escapan de ella de todos modos, y por lo tanto no es un factor importante en la pérdida atmosférica.

Entonces, ¿cómo se produciría tal atmósfera? Si el casco del barco tiene fugas, los gases atmosféricos que se escapan pueden quedar atrapados dentro de la atmósfera exterior por la gravedad generada. Sería una nave espacial mal diseñada que filtraría aire lo suficientemente rápido como para formar una atmósfera respirable fuera de ella.

Y dudo que una nave espacial lo suficientemente avanzada como para haber generado gravedad use cohetes, a excepción de cohetes muy avanzados y poderosos.

Un poderoso cohete funcionaría de dos maneras. Sería::

A) Expulsa muchas partículas a velocidades bastante lentas. Pero esas velocidades más bien lentas podrían ser varias veces más rápidas que la velocidad de escape resultante de la gravedad generada. Creo que tendrían que expulsar materia más rápido que la velocidad de escape para mover la nave espacial mientras la gravedad generada estaba activada. Por lo tanto, tales cohetes no podían producir una atmósfera exterior para la nave espacial.

O:

B) Expulsar una pequeña cantidad de partículas a una velocidad muy rápida, como motores iónicos. Esas partículas ciertamente viajarían muchas veces la velocidad del secape y ciertamente escaparían. Y cantidades tan pequeñas de partículas ciertamente no se acumularían para crear una atmósfera perceptible alrededor de la nave espacial.

En el episodio "Obsesión" de Star Trek , 15 de diciembre de 1967:

SCOTT: Capitán, mientras esperamos, me he tomado la libertad de limpiar el respiradero de desechos radiactivos del motor de impulso número dos, pero estaremos listos para dejar la órbita en menos de media hora.

Y:

KIRK: Scotty, intenta tirar los desechos radiactivos al sistema de ventilación. Mira qué efecto tiene eso.

Entonces, posiblemente su nave produzca desechos radiactivos y los ventile, produciendo una atmósfera radiactiva.

La densidad del medio interplanetario, por no hablar del medio interestelar, es tan increíblemente, inimaginablemente delgada que la nave espacial probablemente tendría que tener encendido su generador de gravedad artificial durante eras geológicas para reunir una atmósfera.

Posiblemente su tripulación haga muchas EVA (Actividades Extra Vehiculares) por varias razones, y libere una esclusa de aire llena de atmósfera respirable cada vez que alguien entra y sale, y la conservación de la atmósfera del barco no se considera importante porque tiene mucho aire extra. almacenado por alguna razón.

En realidad, los niveles de gravedad artificial dentro del casco serían más ligeros en la cubierta presumiblemente esférica dentro del casco, y más y más fuertes más cerca del generador de gravedad artificial en el centro. Así que podría haber bodegas de carga cerca del centro que contengan grandes cantidades de materia comprimida por la intensa gravedad artificial del interior. Y posiblemente esa materia comprimida podría ser aire para las colonias marcianas o algún lugar y no tienen miedo de quedarse sin aire.

Si se trata de un transatlántico de pasajeros, los EVA con trajes espaciales pueden ser una actividad común para los pasajeros. Entonces, la nave posiblemente forme una atmósfera respirable a su alrededor, dependiendo de muchos factores.

Y tal vez después de un largo viaje con muchos EVA, el capitán sabe que hay una atmósfera respirable alrededor del barco. Y cuando el largo viaje casi termina, las tensiones hacen que la tripulación exija que alguien sea ejecutado. Y el capitán se niega, diciendo que la pena de muerte está prohibida y que todos serán condenados por asesinato e irán a prisión de por vida, y la tripulación amenaza con linchar a la persona de todos modos. Entonces, el capitán acepta ejecutar a la persona "espaciando" la esclusa de aire sin un traje espacial.

Y cuando el capitán está solo de guardia, escapa por una esclusa de aire y lleva a la persona espaciada de regreso al interior del barco y la esconde en un lugar seguro hasta que el barco llega a su destino y las autoridades legales pueden tomar el control.