Una atmósfera lunar

Mi herramienta

Escribí una calculadora de atmósfera basada en la térmica (Jean's Escape) con factores empíricos falsos para aumentar las tasas de pérdida atmosférica más en la línea de lo que vemos en el Sistema Solar. Predice correctamente un$N_2$atmósfera para Titán y sin atmósfera para las lunas de Júpiter.

Lo que veo

Esta calculadora muestra la vida media del agua como ~$2 \cdot 10^5$años en una atmósfera lunar. Da la vida media para$O_2$&$N_2$como ~$10^6$años.

Algunas suposiciones

Escalas de tiempo humano

Supongamos que una generación humana es igual a 20 años. Solo perderíamos la mitad del agua en la atmósfera en 200 000 años, lo que significa que una sociedad no tecnológica podría sobrevivir al menos 10 000 generaciones humanas (es decir, 1 vida media atmosférica por$H_2O$) sin reponer la atmósfera lunar.

Atmósfera Lunar

La gravedad de la Luna es ~ 1/6 de la gravedad terrestre. La presión atmosférica se genera como el peso (masa * gravedad) de la columna de aire sobre el punto de medición. Entonces, para mantener la presión atmosférica terrestre en la superficie lunar, necesitamos 6* la masa de gases sobre el punto de observación.

La superficie de la Luna es el 7,5% de la de la Tierra. Cuando multiplicas por 6 la columna de la atmósfera * 7,5 % del área de la superficie, obtenemos el 45 % de la masa atmosférica de la Tierra. El 45% de la masa atmosférica de la Tierra llega a$2.35 \cdot 10^{18} kg$($2.35 \cdot 10^{15}$toneladas) de volátiles en la combinación correcta.

Para el ambiente necesitaremos:

• $N_2$-$1.8 \cdot 10^{18} kg$
• $O_2$-$0.5 \cdot 10^{18} kg$
• $H_2O$-$0.2 \cdot 10^{18} kg$
• Subtotal -$2.5 \cdot 10^{18} kg$

Hidrosfera Necesitaremos un exceso de agua para los cuerpos de agua estancados y los casquetes polares. Estimaré el requerimiento de agua líquida escalando la masa oceánica de la Luna / Tierra a la proporción del área de superficie de la Luna / Tierra.

• $H_2O$-$1.05 \cdot 10^{20} kg$
• Total -$1.07 \cdot 10^{20} kg$(atmósfera + océano)

Supongamos que nuestros gases no reaccionan con la superficie de la Luna (probablemente una mala suposición, pero hace la vida más fácil, así que lo aceptaré), por lo que no necesitamos hacer malabarismos con esos números en función de las reacciones químicas probables.

Obstáculos

Encontrar el agua y el oxígeno en nuestro Sistema Solar no supondría ningún problema. Sin embargo, encontrar esta cantidad de N2 puede ser difícil.

Encélado, la luna de Saturno (unos 240 km de diámetro y$1.08 \cdot 10^{20} kg$de masa mayoritariamente de agua) proporcionaría la masa necesaria. Sin embargo, no tendría la proporción correcta de elementos. Probablemente tendríamos que escalar hasta una luna un poco más grande y "romper" un montón de agua para liberar$O_2$dentro del Aire. Podríamos usar el$H_2$como propulsor para mover Enceladus (o su reemplazo) para que chocara con la Luna. no tengo idea de lo que es$N_2$el contenido sería pero esperaría que fuera deficiente.

¿Cómo se vería?

La altura de escala de una atmósfera lunar (suponiendo las mismas temperaturas que la de la Tierra) sería 6 veces la altura de escala de 3,7 millas de la atmósfera de la Tierra. Lo que significa que tendría una altura de escala de más de 22.2 millas. Nadie tendría problemas para respirar en ninguna montaña lunar.

La mayor parte de la tierra estaría en el llamado "lado oscuro" de la Luna, de espaldas a la Tierra. La mayor parte de la región que mira hacia la Tierra sería un océano gigante.

Cosas ordenadas

Volador

Dada esta densidad de la atmósfera y la gravedad lunar, las personas no deberían tener problemas para volar poniéndose algunas mangas de alas especialmente diseñadas y agitando los brazos.

Imagina mansiones situadas en los picos lunares. Las personas en buen estado físico visitarían a sus vecinos poniéndose las alas y volando al siguiente pico.

Caminar sobre el agua

Las personas podrían correr a través de cuerpos de agua sin caer en ellos (la tensión superficial podría sostenerlos).

Protección de radiación

A pesar de la falta de un campo magnético fuerte, esta idea tiene el beneficio adicional de brindar mucha protección contra la radiación. La masa de aire añadida (6 veces la de la Tierra) significa que los colonos están bien protegidos de la radiación.

Olvídalo. En un esfuerzo por tener una atmósfera terrestre en la luna, robarás e invertirás toda la atmósfera de tu planeta natal y la pondrás allí :@. Sin embargo, las cosas todavía no van a funcionar tan bien. La mayor parte de la atmósfera de la Luna será robada por la Tierra (¡sí, termina donde empezó!) y parte podría ser arrastrada por el viento solar hacia Marte o Júpiter.

Si empezamos por gases más pesados ​​(el CO2 sería un buen comienzo), podemos envolver a la luna en una capa de atmósfera que se mantiene lo suficientemente fuerte (debido a su alta densidad) para no dispersarse en la inmensidad del espacio. Luego podemos comenzar a agregar otros gases lentamente y notar el escape semanal. Si se quedan, podríamos esperar una atmósfera similar a la de la Tierra pronto. Excepto que la atmósfera lunar sería 50% C02, 25% Nitrógeno y 25% Oxígeno.

Quería agregar gases aún más pesados ​​como el cloro, pero luego me di cuenta de que las personas no querrían que se formara ácido clorhídrico en sus ojos y pulmones :(

Echa un vistazo a la novela de Wil McCarthy To Crush The Moon , la última de su serie Queendom of Sol, en la que la Luna se reduce a un radio de 1400 kilómetros en lugar de los 3500 kilómetros actuales (usando ingeniería gravitacional muy avanzada), lo que le da una superficie gravedad de 1 g, por lo que se convierte en una perspectiva más adecuada para una habitación a largo plazo. Difícil, pero probablemente no más difícil que cubrir toda la Luna con cúpulas, y también obtienes una mejor gravedad superficial (aunque un área de superficie mucho más pequeña).

Editado para agregar : olvidé mencionar que la reducción de la Luna también le da una mejor duración del día, aproximadamente 120 horas (cinco días) en lugar de 28 días en la actualidad.

cúpulas

Esto no es tan sensato, pero es más sensato que la reposición constante de la atmósfera debido al hecho de que la reposición constante de la atmósfera costará mucho y costará mucho para siempre.

Las cúpulas son una forma más sensata de hacerlo: sobre todo porque puedes vivir en las cúpulas mientras continúas expandiéndote. No es una propuesta de todo o nada como agregar atmósfera. Las cúpulas iniciales costarán mucho, pero una vez que estén levantadas, no tendrás mucho de qué preocuparte por la atmósfera. Asumo el nivel de tecnología actual para llevar aire a la luna, por lo que todavía tienes mucho de qué preocuparte, pero no es tanto como lo sería si tuvieras que descargar aire constantemente para mantener la presión del aire a un nivel habitable. niveles (aunque es posible que pueda hacer algo con las mezclas de gases para mantener a todos fuera de la zona de muerte por un tiempo más).

La otra ventaja de los domos es que se pueden incorporar otras formas de protección. Observó la defensa puntual de los micrometeoros: pero con un domo puede comenzar a ignorar por completo las pequeñas amenazas. También puede construir protección solar, o agregar jaulas de Faraday y generadores de campos electromagnéticos para evitar que sus ocupantes sean cocinados por las otras radiaciones estelares que siguen recorriendo la superficie. De nuevo: no tienes que idear una defensa contra la radiación lunar completa de inmediato: solo necesitas proteger las cúpulas que la gente está usando.

Otras ventajas incluyen poder apagar domos que ya no usa para conservar/recuperar la atmósfera y la energía, poder aislar secciones en caso de catástrofe o enfermedad y tener un control total sobre el clima. Ah, y ¿mencioné que debido a que tiene un techo duro necesita menos atmósfera para mantener su presión ideal en primer lugar?

Considerando todas las cosas, no puedo pensar en una razón por la cual una civilización capaz de descargar suficiente atmósfera en la luna para hacerla habitable no construiría cúpulas en su lugar.

Cráteres de cúpula

En lugar de intentar domar toda la Luna, considera domar solo los cráteres. Comience poco a poco y avance hacia los grandes cráteres a medida que adquiere experiencia con el proceso.

Esto tiene beneficios adicionales como se describe a continuación.

Protección de radiación

La superficie de la Luna es un ambiente duro. Los niveles de radiación son más altos que en la Tierra y durante ciertos eventos solares se vuelven letales. Cualquier colonia lunar requerirá protección contra la radiación. La mayoría de la gente imagina esto como una madriguera debajo de las rocas lunares y viviendo en túneles. Sin embargo, hay una alternativa.

Cúpula de cráteres lunares y coloque la masa equivalente del espesor de la atmósfera terrestre en la cúpula para protección contra la radiación. Resulta que una columna de agua de 32 pies proporciona tanta masa (y protección contra la radiación) como la atmósfera de la Tierra.

Estructuras

Incruste esa agua entre un sándwich de plástico duradero pero transparente (quizás en forma de panal). El peso total de la cúpula es menor que la presión atmosférica debajo de ella tratando de volarla. Entonces su cúpula estará en tensión (no en compresión).

Todavía tienes acceso al interior lunar a través de túneles que haces en las paredes del cráter, pero de esta manera los colonos lunares tendrán espacios verdes donde podrán disfrutar del sol sin miedo a freírse las gónadas.