¿Qué tan grande tendría que ser una gota amorfa para lanzar parte de sí misma a la órbita?

No va a pasar

Comencemos asumiendo que la gota es, como la mayoría de la vida en la Tierra, principalmente agua. También diremos que tiene aproximadamente la misma densidad que el agua: 1000 kg/m^3.

Averiguar cuán difícil sería para la gota escapar del pozo de gravedad de la Tierra será complicado porque tenemos que tener en cuenta cosas como la resistencia del viento debido a la atmósfera. Entonces, primero ignoraremos a la Tierra y veremos cuán difícil sería escapar del pozo de gravedad del Sol y abandonar el sistema solar.

Desde la Tierra, la velocidad de escape para salir del sistema solar es de 42 km/s . Eso es muy rápido. Como referencia, la velocidad del sonido en el agua es de 1,48 km/s. Este también es un límite estricto para la rapidez con la que su gota podría arrojar una parte de sí misma: la energía de presión no puede viajar más rápido que eso a través del agua.

Así que imagina que de alguna manera tu blob puede arrojar una parte de sí misma a 1,48 km/s, luego esa parte puede arrojar una parte de sí misma a 1,48 km/s, y así sucesivamente hasta que algo llegue a 42 km/s. Las matemáticas simples nos dicen que los trozos que lanzan trozos deben suceder 29 veces.

Para impulsar 2/3 de sí mismo hacia adelante a 1,48 km/s, un trozo tendría que impulsar el otro 1/3 hacia atrás a 2,96 km/s. Como ya mencioné, eso no puede suceder, por lo que el mejor de los casos sería que el trozo impulsara la mitad de su masa hacia adelante en cada etapa.

Desafortunadamente para su blob, debe preocuparse por el decaimiento exponencial. Cortarse a sí mismo por la mitad 29 veces no deja mucho con lo que trabajar, tendrás$\frac{1}{2^{29}}$queda tanto como empezaste. Entonces, si tomaras toda la biomasa de la Tierra (alrededor de$4\times 10^{15}$kg), podría obtener$7.45\times 10^6$kg a la velocidad de escape. Eso es suficiente para un cubo de 19 metros.

Ahora veamos las densidades de energía involucradas. Para simplificar las cosas, considere un trozo estacionario y considere la energía cinética de un trozo que se mueve a 1,48 km/s. Esto nos dará una estimación de cuánta energía se requerirá para lanzar un trozo tan rápido.$K=\frac{1}{2}mv^2=1.095\times 10^{6}m$julios, por lo que para que una masa arroje una masa igual con tanta energía, debe poder usar 1.095 MJ/kg en un período de tiempo muy corto. Sin embargo, eso está casi dentro de un orden de magnitud de la energía total almacenada por los carbohidratos . Entonces, básicamente, toda la parte tiene que consistir en un mecanismo y almacenamiento de energía fácilmente disponible para impulsarse hacia adelante.

Esto ya está estirando mucho los límites de la plausibilidad, pero esta es la única forma en que va a funcionar. Si 2/3 de un trozo se impulsa 1/3 hacia adelante, solo$\frac{1}{3^{29}}\approx 1.4\times 10^{-14}$del original permanecería, por lo que usando toda la biomasa de la Tierra se obtendrían 58 kg (alrededor de dos pies cúbicos) del cubo del sistema solar.

Además, estos cubos no saldrán rugiendo del sistema solar; para cuando dejen el sistema solar, irán a unos 800 m/s. Entonces, potencialmente podrían llegar a la siguiente estrella más cercana después de 50 billones de años. Eso es mucho después de que la estrella de destino haya muerto.

Otra forma en la que esto empeora para su gota es que 1,48 km/s es en realidad algo así como la velocidad de la luz: en realidad requeriría más y más energía para acercarse cada vez más a ese límite. Es probable que llegar a la mitad de eso, 740 m/s, requiera tanta energía como mi simplificación permitió llegar a 1,48 km/s. Por lo tanto, requeriría el doble de pasos de lanzamiento de fragmentos, lo que eleva al cuadrado la reducción de masa:$\frac{1}{2^{57}}\approx 1.7\times 10^{-18}$de la masa original podría escapar del sistema solar.

Ah, y ¿recuerdas cómo ignoramos por completo cómo escapar del pozo de gravedad de la Tierra? Sí, ese problema no desaparecería incluso si la mancha consumiera toda la Tierra, rocas y todo, porque eso de alguna manera no destruye el pozo de gravedad.

Los impactos de meteoritos pueden arrojar partes de él a la órbita.

Esto es algo real. Hemos identificado meteoritos marcianos que aterrizaron en la tierra, identificados por análisis de isótopos. Fueron desprendidos de la superficie de Marte por impactos de meteoritos y puestos en órbita. Actualmente hemos identificado 132 rocas de Marte en la Tierra.

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

Esta es una forma real y lógica para que su blob tome el tren espacial. De hecho, es casi inevitable para cualquier planeta cubierto de manchas. El único factor en el camino de este proceso es una atmósfera densa, que simplemente es superada por un golpe mayor. Una vez que haya suficiente materia volando, seguramente infectará todo el sistema solar con el tiempo.

No sé si un impacto podría empujarlo interestelar. Si la mancha es lo suficientemente inteligente, la etapa dos podría involucrar la formación de una película delgada y propulsarse como una vela solar .

Uhm... a menos que esta gota esté hecha de combustible para cohetes, no sucederá.

La razón de ello se encuentra en la llamada Ecuación del Cohete . Un factor aquí es la "velocidad de escape efectiva". Sin ser demasiado técnico, teniendo en cuenta que esto es "ciencia espacial" real , esa velocidad debe ser realmente alta . Y no puedes lograr eso "lanzando cosas al revés". Debe prender fuego a algo para que esencialmente tenga una explosión en curso que pueda dirigir hacia atrás.

Si lo desea, puede intentar esta pregunta en Space Exploration SE y pueden brindarle todos los detalles técnicos, pero en resumen: no sucederá .

En lugar de una gota , podría ser una estructura susurrante que se extiende y, una vez que partes de ella están fuera de la atmósfera, actúa como una vela solar.

Creo que la criatura de Fred Hoyle era algo así. Quizás David Gerrold también usó eso. No recuerdo exactamente.

¿La criatura tiene que amerizarse completamente en primer lugar?

¿O podría la mayoría tomar posición en órbita y extender un seudópodo de algún tipo hacia el planeta (y hacia arriba en la dirección opuesta). Durante el consumo de los recursos del planeta, esto actúa como una raíz gigante para la burbuja madre en órbita. Cuando el planeta está casi agotado, la mancha vuelve a subir por el seudópodo, al estilo de un ascensor espacial, y luego se desplaza hacia su próxima víctima interestelar.

Otros han señalado por qué es imposible que la criatura se impulsara a sí misma como una roca, pero podría subir a la órbita. Si la criatura pudiera construir una estructura similar a un árbol o un arrecife de decenas o cientos de miles de kilómetros de altura, la rotación de la Tierra podría darle suficiente velocidad para permanecer en órbita. Una vez en órbita, la vela solar propuesta por JDługosz podría conducirla a otro planeta o incluso a otra estrella.

Dado que la parte difícil del proceso es construir dicha estructura, una vez construida, podría estar produciendo descendientes navegados por el sol en grandes cantidades para colonizar toda la galaxia.

Por supuesto, las propiedades mecánicas de los materiales necesarios para construir la estructura están mucho más allá de lo conocido, pero sabes que la evolución y la selección natural son fuerzas poderosas incluso cuando se enfrentan a problemas tan difíciles.

No es posible poner algo en órbita, y no importa qué tan rápido o cuánta energía uses.

No necesita ningún conocimiento de velocidades orbitales o ecuaciones de cohetes para saber que esto no puede funcionar. El simple hecho es este: no puedes alcanzar la órbita usando un solo impulso , como una bala de cañón de un cañón, o una bala de un arma, o una gota gigante que arroja pedazos de sí misma. El proyectil siempre subirá, girará un poco y volverá a golpear la superficie. En la práctica, se quemará inmediatamente cuando intente salir de la atmósfera, y si algo sobrevive, se quemará cuando vuelva a entrar.

El siguiente diagrama puede ayudar:

Los puntos donde la línea orbital roja y la superficie del planeta se cruzan son los puntos de lanzamiento e impacto. No importa el ángulo o la velocidad a la que lances, esta elipse roja siempre pasa por el punto de lanzamiento.*

Entonces, después del lanzamiento, todos los cohetes, balas y gotas solo viajan en un gran arco. El motor del cohete puede apagarse (y generalmente lo hace) un poco después del lanzamiento, justo después de salir de la atmósfera, y la nave, la bala o la gota, se deslizarían hasta el punto más alto. Es aquí, en la apoapsis, donde se debe realizar un segundo encendido, acelerando el proyectil. Esta aceleración eleva el periápside (la distancia más corta desde el centro del planeta hasta la elipse), elevando finalmente el periápside por encima de la superficie. Cuando el periápside se haya elevado por encima de la atmósfera, el cohete dará vueltas y vueltas sin más entrada.

El primer impulso (o quemado) también necesita mantener la velocidad baja, para atravesar la capa inferior más gruesa de la atmósfera sin perder toda la energía por la fricción, sin sobrecalentarse o explotar debido a la tensión aerodinámica. Cuanta más energía intente agregar aquí, peores se vuelven estos problemas.

• Solo hay una clase posible de órbitas alcanzables por un solo impulso. En un vacío puro (sin atmósfera), si lanza exactamente horizontalmente a una velocidad lo suficientemente alta, el proyectil lanzado regresa horizontalmente al punto de lanzamiento, tangencial a la superficie. Cuanto más rápido lances, horizontalmente, más alto estará el appapsis, en el lado opuesto del planeta. Pero en el sitio de lanzamiento, la altitud siempre será cero. Cualquier montaña cerca del área de lanzamiento sería un problema (al igual que el vacío de sus formas de vida).

La única vez que algo sin energía que sale de la superficie con un solo impulso puede alcanzar una órbita sobre una atmósfera, es si es golpeado por otra cosa cuando está cerca de su apoapsis, proporcionando el segundo impulso y acelerándolo en la dirección progresiva (para que retroceda). terminó, acelerándolo en la dirección en la que viaja). Se teoriza que una carga de rocas derretidas salió disparada de la tierra en una colisión gigantesca, y chocaron entre sí, formando órbitas, que finalmente se fusionaron en la luna, y todo lo que no chocó correctamente volvió a llover.

TL; DR: no puedes poner algo en órbita arrojándolo. La mecánica orbital dice que no. Esto es desafortunado, porque si puedes llegar a una órbita estable, tienes todo el tiempo del universo para desplegar una vela solar y eventualmente flotar hacia otro lugar.

Sin embargo, PUEDES liberarte por completo, con nada más que la fuerza bruta. Solo necesita sobrevivir de alguna manera atravesando la atmósfera a velocidades superiores a la velocidad de escape. Esto significará quemarse, como una estrella fugaz al revés, pero con suficiente protección ablativa, puede ser posible. La velocidad de escape, a nivel del suelo, es Mach 33 (12 km por segundo), pero esa velocidad disminuirá rápidamente debido a la fricción y las fuerzas de arrastre, por lo que el lanzamiento real debería ser mucho, mucho más rápido.

Requeriría sumas de energía mucho mayores que los lanzamientos de cohetes, ya que es muy ineficiente. Pero mientras el proyectil atraviese la atmósfera a más de 12 km/s, volará en una órbita alrededor del sol. Y eso es, en teoría, suficiente para llegar a cualquier punto del sistema solar y más allá, con eones de tiempo y las ayudas de gravedad adecuadas.

Consumir toda la vida en el planeta objetivo es contraproducente: el organismo se quedará sin comida y luego estará realmente en el arroyo.

Sería mejor tener un organismo más sutil que viva en alguna forma de simbiosis con lo que sea que encuentre en el planeta. Entonces, puede esperar (siendo este un organismo muy paciente) a que los habitantes desarrollen los viajes espaciales, y simplemente hacer autostop. ¿Por qué hacer el trabajo duro, cuando puedes conseguir que los organismos nativos lo hagan por ti?

Un organismo verdaderamente imaginativo podría incluso guiar la evolución de las criaturas nativas en una dirección específica, con el objetivo de volver al espacio.