¿Cómo evito que mi tortuga se derrumbe por su propia gravedad?

Tienes un problema diferente (y no es tan malo)

Los planetas solo se vuelven esféricos porque están hechos de material que se comporta como un fluido (gas, polvo, magma) o se comportaron así durante su creación. Además, los planetas no pueden repararse a sí mismos, las tortugas sí.

Lo que te tiene que preocupar con las tortugas cosmológicas es que su tejido reviente o se rompa bajo sus fuerzas gravitatorias. Entonces, hagamos una estimación muy aproximada de los órdenes de magnitud relevantes para su tortuga:

Supongamos que su tortuga se ve así :

Las piezas azules representan las masas principales (por ejemplo, el cuerpo y la cabeza) y la pieza roja representa alguna estructura que soporta peso (por ejemplo, el cuello).$x$es de longitud variable. Todas las partes tienen la misma profundidad que altura, es decir, las piezas azules son cubos y la pieza roja es$x × \frac{x}{5} × \frac{x}{5}$.

Entonces tenemos (con algunas suposiciones adicionales):

• Si asumimos que cada una de las piezas azules tiene la misma densidad que el agua (1 kg/ℓ), cada una pesa$M = 1000\,\frac{\text{kg}}{m^3}·x^3$.
• Si asumimos que cada pieza azul es una masa puntual, la distancia sobre la que actúan sus fuerzas gravitatorias es$2·x$y la fuerza gravitacional entre ellos es $$F = \frac{G·M^2}{(2·x)^2} = x^4 · 1.7·10^{−5} \frac{\text{N}}{\text{m}^4}.$$
• Si suponemos que la pieza roja tiene la misma resistencia a la compresión que el hueso ( 170 MPa ), puede soportar fuerzas de $$170\,\text{MPa}·\left(\frac{x}{5}\right)^2 = x^2·6.8·10^6\frac{\text{N}}{\text{m}^2}.$$
• Las dos fuerzas son iguales para$x=6.4·10^5\,\text{m}$o 640 km, lo que significa que la estructura colapsa por mayor$x$y es estable para menor$x$. A modo de comparación: el diámetro de la Tierra es 1,3·10⁷ mo 13000 km; el diámetro de la luna es 3,8·10⁶ mo 3800 km.

Por supuesto, hay otros mecanismos destructivos (tensión, cizallamiento, torsión, …) y otros tejidos involucrados y la tortuga se organizará de manera diferente, pero el orden de magnitud de las fuerzas y resistencias seguirá siendo el mismo, a menos que tenga materiales totalmente diferentes. involucrado.

Tengo algunos problemas con el concepto, particularmente en torno a cómo terminarían luciendo las entrañas de una criatura así bajo tanta presión. Y mientras escribo eso, Wrzlprmft publica una publicación bien pensada que lo describe.

Teoría alternativa para ti...

Existe la posibilidad de que el bosque Redwood en California y Oregón sea un solo organismo viviente... un árbol que se bifurcó en varios árboles y así sucesivamente hasta que formó una masa viviente gigante de bosque. Basándome en eso... pude ver tu 'tortuga' formándose de manera similar. Una sola masa de vida con comienzos modestos que se alimenta directamente del propio planeta (ya sea un proceso similar al liquen que descompone rocas y se alimenta de eso es un potencial... usar la energía térmica del planeta es otro potencial). Esta biomasa crece continuamente, superando a cualquier otro cuerpo vivo en el planeta hasta que el planeta se cubre con una biomasa gigante. Por cualquier medio, esta biomasa se vuelve inteligente (es decir, desarrolla un 'cerebro' en algún lugar del planeta).

Esto realmente evita que la carne blanda de una criatura sea aplastada por su propio peso. Ahora tienes una criatura inteligente del tamaño de un planeta que en su núcleo es de hecho un planeta, sin embargo, está recubierta de un solo ser inteligente vivo que es capaz de manipulaciones a nivel global. Se 'alimenta' a sí mismo en el sentido de que extrae su energía del planeta dentro de él (¿quizás consumiendo una luna aquí y allá para obtener masa adicional?). La reproducción se convierte en esta criatura del tamaño de un planeta que localiza otros planetas y los siembra para que su nueva semilla pueda crecer de la misma manera que lo hizo.

De esta manera, creo que podría obtener una 'tortuga' del tamaño que desee y no tener que preocuparse de que la criatura se derrumbe sobre sí misma.

Adicional:

Para hacer que la masa parezca una tortuga... un evento meteorológico espacial podría golpear este planetoide obligándolo a defenderse y haciendo que la masa exterior crezca como un caparazón. Dudo que las aletas sean una técnica de locomoción válida, ya que simplemente se agitarían en el espacio sin nada de lo que empujarse. En cambio, su capacidad de moverse sería más como un calamar ... 'respirar' y contraerse (¿exhalar?) Que dispara masa (¿rocas, agua?) Fuera del planeta a través de los poros de su caparazón. En este caso, estaría constantemente buscando nueva 'masa' de asteroides, lunas u otros planetas (le da la 'necesidad de alimentarse' de otros cuerpos estelares).

Para hacer una criatura de este tamaño parecida a una tortuga (aunque es muy poco probable que se forme), no puede colapsar por su propio peso.

Los cuerpos cósmicos no esféricos obviamente existen pero son:

• lo suficientemente pequeño como para que la rigidez física evite que colapse por su propia gravedad
• Densidad lo suficientemente baja como para no colapsar sobre sí mismo.

Para que esto funcione, por lo tanto, necesita algo con una rigidez increíble y baja densidad.

Ananke tiene una masa de 3*10^16 kg y no es esférica. Podría aceptar que una estructura interna inteligente o evolucionada podría mantenerlo en forma de tortuga a ese tamaño. Si estuviera dispuesto a aceptar ese tamaño, estaría bien. La superficie de su planeta tendría unas 30 millas de diámetro. Phobos y Deimos son más pequeños.

Disminuyamos un poco esta densidad. El aerografito ha informado una densidad de 0,2 miligramos por centímetro cúbico. Si usamos nanobots, lo hacemos más estructurado y más fuerte de lo que podemos físicamente en el mundo real, todavía no creo que la densidad promedio pueda estar por debajo de los 2 miligramos para evitar el colapso y mantener su forma en condiciones espaciales. Si decimos que puede ser no esférica si la gravedad de la superficie de la esfera fuera la misma que la de Ananke si fuera una esfera, entonces obtienes una distancia promedio desde el núcleo hasta la piel de: 36000 km de diámetro

¿Es ese un diámetro suficiente? Tal vez podría aumentarlo en otro orden de magnitud, pero ya no es muy realista. Esta densidad juega un papel muy importante y es pequeña. La dureza de la estructura no es realmente tan resistente, por lo que las regiones más externas serían esencialmente solo aerogel, mientras que el interior es una estructura más densa y dura (pero aún muy liviana).

La gravedad en la superficie de la tortuga sería minúscula. Cualquier atmósfera se difundiría directamente en él o escaparía al vacío. Si realmente quieres un disco habitable sobre él... bueno... no sé... Hay una razón por la que Mundodisco necesita una magia tan interesante.

No lo había investigado, pero ser hueco podría ayudar.

Las respuestas a esta pregunta no deben centrarse en cómo/si este organismo podría sobrevivir (fuentes de alimento), viajar o incluso evolucionar.

Bueno, me eduqué como biólogo, por lo que es un galimatías para mí pensar en un modelo para animales que no comience con su entorno y sus presiones de selección.

Entonces, voy a ignorar esa restricción en parte porque hacerlo hace que sea más fácil imaginar por qué una tortuga espacial sería no esférica.

1) Las tortugas no son esféricas porque se enfrentan a la selección para formar otra forma.

Las esferas no hacen buenas formas de poder. Mucha gente piensa que las naves espaciales reales siguen siendo cilindros porque esa forma es necesaria para el lanzamiento a través de la atmósfera, pero en realidad se trata de estabilidad bajo potencia en el espacio.

La estabilidad es una función del desplazamiento lateral de la masa desde la línea de empuje que corre hacia arriba desde los motores. Cuanto más cerca esté la mayor parte de la masa de la línea de empuje, más fácil será equilibrar el barco sobre el empuje. Esto no es obvio porque en contacto con el aire, el agua o el suelo, una forma de cilindro largo encuentra resistencia y comienza a actuar como una palanca que derriba la nave del eje de empuje. En el vacío ese efecto es trivial. El centro de gravedad axial del barco es más estable.

Una esfera desplaza más masa alrededor de la línea de empuje que un cilindro largo de volumen equivalente. Esa masa desplazada debe equilibrarse constantemente o moverá el centro de la nave fuera de la línea de empuje.

Considéralo de esta manera: dentro de una nave en aceleración, un astronauta camina lo más lejos posible por el camino más largo posible. Mientras lo hace, su masa se altera hasta cierto punto con respecto al centro de gravedad. En una nave cilíndrica, pasará la mayor parte de su tiempo ligeramente desplazado de la línea de empuje y moviéndose paralelo a ella. En una nave esférica, la mayoría de los caminos que podría tomar lo alejarían más del centro de gravedad y, en el caso más extremo, hasta la mitad del diámetro de la nave. Si caminaba de lado a lado en el punto medio del barco, perpendicular a la línea de empuje, su masa tendría un efecto de palanca en los extremos.

Por lo tanto, las esferas son geniales si no tienes empuje, pero por lo demás son complicadas. Así como tanto los animales como los vehículos en la Tierra tienen el diseño básico de cabeza y cola a pesar de sus orígenes y materiales radicalmente diferentes, es probable que un animal espacial también evolucione para tener un diseño de cabeza y cola para la estabilidad bajo empuje.

El siguiente número sería más ancho que grueso. Los animales en la tierra evolucionaron bajo la gravedad, por lo que se forman para resistir la gravedad, lo que significa que tienen una parte superior e inferior. Una tortuga espacial no lo haría. Si evolucionó como una forma de cabeza y cola como la anterior, todo lo demás se distribuiría uniformemente alrededor del perímetro exterior.

Para obtener una forma plana, necesitaríamos evocar una presión de selección para que esa forma sea óptima. La obvia sería que la tortuga absorbe la luz solar o el plasma del viento solar para alimentarse. En los tres casos, una forma plana orientada perpendicularmente a la línea de la estrella, como un girasol, le daría la mayor superficie de absorción.

2) Tamaño: El hecho de que algo sea grande no significa que tenga que ser una esfera. La gravedad es la fuerza más débil, por lo que si se compensa con otra fuerza, su tendencia a formar materiales en esferas podría compensarse fácilmente.

Los seres vivos no son estructuras estáticas, son dinámicas y ejercen energía todo el tiempo para mantener su forma (las células dedican el 70% de su energía a moverse alrededor de los iones de potasio y sodio que, entre otras cosas, mantienen la forma de la pared celular).

Si imaginamos una tortuga que produce y controla campos magnéticos en sus tejidos, bastante plausible con conductores biológicos, podríamos imaginar una tortuga que manipula constantemente una matriz compleja de campos magnéticos internos para mantener su forma contra la gravedad y amortiguar las diversas fuerzas de estrés. propagándose a lo largo de ella. Los campos magnéticos serían en realidad la parte más rígida del sistema. En lugar de tratar simplemente de resistir las fuerzas de estrés de escala gigante con materiales estáticos, la tortuga los absorbería, difundiría y redirigiría.

La tortuga sería algo así como un animal globo internamente complejo con la gravedad tomando el lugar de la presión de aire externa y el refuerzo magnético tomando el lugar de la presión de aire interna. Los tejidos son las pieles de los globos. Los tejidos solo tienen que ser lo suficientemente fuertes para existir en el punto de equilibrio de cada fuerza. Las fuerzas en realidad fortalecen los tejidos al igual que la presión del aire fortalece la piel de los globos.

En ese caso, la tortuga podría crecer mucho más de lo que sería si dependiera solo de la masa estática para resistir la atracción de la gravedad. Sin embargo, una consecuencia de la forma dinámica significaría que tan pronto como la tortuga muera, o simplemente se debilite más allá de cierto punto y se quede sin suficiente energía, implosionará.

Además, crecer en forma de tortuga rectilínea distribuiría la masa en una forma no esférica, lo que disminuiría el poder general de la gravedad para atraer todo a un solo punto. Esto ralentizaría el circuito de retroalimentación gravitacional que forma esferas.

Supongo que en algún momento la gravedad derrotaría al refuerzo magnético, pero no tengo idea de cómo calcular la masa en la que eso sucede, especialmente con una forma irregular.

Piense en términos de un gran barco oceánico como un portaaviones. Su densidad es mucho menor que la del acero, porque está mayormente vacío. Por eso flota. Su densidad es menor que el agua.

Si su tortuga fuera principalmente un exoesqueleto, podría hacerla tan grande como quisiera sin peligro de colapsar sobre sí misma (podría necesitar alguna estructura interna para darle rigidez, etc.). Por supuesto, si la tortuga "naciera" en un planeta con gravedad, necesitaría algún material que pudiera evitar el colapso estructural. Pero en el espacio, no importaría.

Habría puesto esto en un comentario, pero no tengo suficiente representante,

La tortuga a la que se vincula en su pregunta: la tortuga del tamaño de un planeta es en realidad una representación del "mundodisco". Ahora, estos son libros de fantasía escritos por Terry Pratchet que incluyen magia, sin embargo, IIRC, mientras que la magia se usa para explicar la existencia del mundodisco en la "magia" del universo de los libros se parece más a la ciencia Cita a continuación de Wikipedia

La magia es la fuerza principal en el Mundodisco y opera de manera similar a las fuerzas elementales del mundo real, como la gravedad y el electromagnetismo. El "campo mágico permanente" del Disco es esencialmente el desglose local de la realidad que permite incluso que exista un planeta plano en la espalda de una tortuga. La fuerza llamada "magia" es en realidad solo una función de la relativa ausencia de realidad en el área local, de la misma manera que la ausencia de calor se describe como "frialdad". La magia distorsiona la realidad de la misma manera que la gravedad del universo real distorsiona su espacio-tiempo. El acto de realizar magia es, esencialmente, decirle al universo cómo quieres que sea, en términos que no pueda ignorar. Esto es muy agotador para los usuarios de magia, debido a la ciencia del Mundodisco. s Ley de Conservación de la Realidad (que establece que se necesita el mismo esfuerzo para hacer algo con magia que para hacerlo mundanamente). Esta es la razón por la cual la mayoría de los magos del Mundodisco almacenan magia en un bastón (con una perilla en el extremo) que es una especie de condensador de energía mágica.

En el Mundodisco, donde la magia tiene más en común con la física de partículas que con Houdini, la magia de fondo de alto nivel (probablemente una referencia a la radiación de fondo del mundo real) ocurre cuando golpea un hechizo muy poderoso,