Espero que esto no sea demasiado amplio.
Me gustaría un planeta similar a la Tierra para el NaNoWriMo de noviembre que sea simplemente enorme, pero plausible.
Luego comencé a entrar en la composición del material, la proximidad a la estrella, tratando de lograr las densidades correctas, bueno, entiendes la idea.
Estoy tratando de tener 10 veces el radio de nuestra Tierra actual, pero con una gravedad similar (ugh) y al menos un clima y condiciones de superficie algo similares; No necesito tener vida en este planeta, pero los minerales y el agua líquida son importantes para nosotros. No es un planeta del tamaño de Júpiter, pero mucho más grande que el nuestro. Se pueden modificar otros factores.
Debido a que desea una temperatura y un clima similares a los de la Tierra, su nuevo planeta tendría que estar aproximadamente a la misma distancia de su sol que la Tierra, suponiendo que ambos sistemas solares tengan soles de tamaño similar.
Para que su planeta tenga estaciones y tenga un clima similar al de la Tierra, necesitaría la misma inclinación axial , que es responsable de las estaciones de la Tierra. La inclinación axial de la Tierra es de aproximadamente grados, el de su planeta tendría que ser similar para estaciones similares.
Su planeta también necesitaría la misma duración del día para que cada parte del mismo reciba el mismo calentamiento del sol por día. Si el día fuera más largo, su planeta podría volverse un poco desértico, muy caluroso durante el día y helado por la noche. Eso no suena prometedor para la vida.
Sin embargo, para que un planeta masivo posea un día de 24 horas, la superficie tendría que estar moviéndose mucho, mucho más rápido que la Tierra:
el diametro de la tierra es km, entonces tiene un radio de kilómetros
El radio de su nuevo planeta es 10 veces mayor, por lo que sería kilómetros Eso significa que su planeta tiene una circunferencia de km, aproximadamente igual a kilómetros
Para que tu planeta tenga un hora día, la superficie tendría que girar a km/h, sobre km/h, que es bastante rápido. (El giro de la Tierra es sólo km/h.)
Su planeta estaría rotando a aproximadamente
que es bastante rápido!
Honestamente, esperaba a medias que la velocidad de rotación de este planeta pudiera estar más cerca de la de Júpiter. km/h, por lo que podría hablar de patrones climáticos extremos y fenómenos como la Gran Mancha Roja .
Aparentemente, su planeta no estará sujeto a nada tan poderoso como los huracanes de Júpiter, pero el giro de su planeta definitivamente es lo suficientemente rápido como para aumentar la fuerza y, por lo tanto, la devastación causada por cualquiera de sus tormentas.
Además, el giro de su planeta todavía es lo suficientemente lento como para conducir a sistemas climáticos similares a los de la Tierra, donde los vientos están restringidos a un hemisferio, y las corrientes en chorro serán posibles, lo que ayudará a regular el clima de su planeta y lo mantendrá más consistente con el de la Tierra.
Sin embargo, todavía tenemos que enfrentar el mayor problema impuesto por un planeta masivo: mantener la gravedad algo similar a la de la Tierra.
Esto es casi imposible, como veremos después de calcular qué densidad necesitaría nuestro planeta:
la densidad de la tierra es kg/m 3 , y su volumen m 3 .
El radio de tu planeta es 10 veces mayor, por lo que su volumen debe ser 10 3 veces mayor. Esto significa que el volumen de su planeta es m 3 .
Por lo general, para que dos objetos tengan la misma gravedad, sus masas deben ser las mismas, pero la ley del inverso del cuadrado también establece que la atracción gravitacional es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre dos objetos.
Debido a que su planeta es 10 veces más grande, cualquier persona en la superficie estará 10 veces más lejos de su centro que del centro de la Tierra en su superficie. Usando esta igualdad, podemos calcular la masa necesaria de tu planeta:
Dónde representa la aceleración de la gravedad ( ), la constante gravitacional (6.673×10 -11 N·(m/kg) 2 ), la masa de nuestro planeta y el radio de nuestro planeta.Ahora podemos reorganizar y resolver para :
Entonces, la masa de nuestro planeta tendría que ser aproximadamente kg, que se ve bien; la masa de la tierra es de aproximadamente kg, y, para la misma gravedad, esperaríamos que nuestro planeta fuera 100 veces más pesado, ¡lo cual es! Por supuesto, estamos sufriendo imprecisiones en el redondeo, pero hasta ahora todo bien.
Ahora, podemos calcular la densidad objetivo de nuestro planeta, usando la igualdad que
dónde representa la densidad, masa y volumen, vemos que:entonces por lo tanto la densidad del planeta debe ser kg/m 3 si desea la misma atracción bajo la gravedad.
Saturno es el planeta menos denso de nuestro sistema solar, con una densidad de kg/m 3 . Sin embargo, Saturno es un gigante gaseoso, compuesto principalmente de hidrógeno y helio: ¡buena suerte en la extracción de minerales en una nube de hidrógeno!
Por lo tanto, debería ser bastante obvio que nunca podrá obtener exactamente la misma gravedad en la superficie que en la Tierra, pero la fauna podría existir en diferentes condiciones gravitatorias y, lo que es más, una mayor gravedad significa más presión, lo que ¡significa que los minerales se formarán más fácilmente!
¡Podría haber algunos minerales especiales que solo se forman dentro de la corteza de este planeta debido a su fuerte gravedad, lo que hace que el planeta sea más valioso!
Sin embargo, para permitir que los humanos aterricen en este planeta, será casi imposible debilitar lo suficiente la gravedad (¿has pensado en usar exoesqueletos para misiones tripuladas en este planeta?); el planeta tendría que ser lo más escaso posible.
Si su planeta estuviera compuesto casi en su totalidad por alguna roca vesicular realmente porosa , casi como una esponja, definitivamente mantendría baja la densidad.
¡ El mismo proceso que forma tal roca también podría crear bolsas de aire masivas, creando un planeta cavernoso con muchos túneles subterráneos y cuevas en la misma escala que Erebor!
La corteza del planeta debería ser lo más gruesa posible, porque un manto fundido y un núcleo sólido serían más densos que esta corteza espaciosa y cavernosa. Esta corteza también necesitaría una constante renovación, para que los derrumbes no aumenten la densidad, y quedar, de nuevo, más parecida a la tierra.
Sin embargo, la actividad tectónica tendría que ser mínima para evitar la formación de rocas metamórficas e ígneas más densas, por lo que los volcanes serían necesarios para seguir rejuveneciendo la superficie. Los flujos de lava subterráneos pueden ser comunes, donde todavía está lo suficientemente caliente como para que la lava se enfríe lentamente en una roca porosa. Piensa en lo increíble que podría ser; ¡un enorme sistema de cuevas subterráneas donde el magma se filtra a través de los pisos formando charcos de lava ardiente!
Lo único que no podemos cambiar es la presencia de un núcleo sólido y denso; esto se debe a que se necesita un núcleo de níquel/hierro para un campo magnético, que protegería al planeta como lo es la Tierra.
El campo geomagnético protegería al planeta de los vientos solares, reteniendo así la atmósfera y la capa de ozono, protegiendo a los habitantes de las radiaciones que de otro modo serían dañinas. Además, ¡una atmósfera es generalmente algo útil si quieres que la vida viva en un planeta!
De hecho, podemos calcular la densidad y, por lo tanto, la aceleración debida a la gravedad de nuestro planeta:
Por supuesto, nuestro planeta, que posee un manto fundido, mares líquidos y un núcleo sólido, probablemente sería un poco más denso que la piedra pómez (una roca vesicular), pero digamos que la piedra pómez es la roca más común en nuestro planeta, y todo lo demás. tiene una densidad similar.
La densidad de la piedra pómez es , por lo que la densidad de nuestro planeta también sería de aproximadamente .
El volumen de nuestro planeta es , sobre m 3 .
Ahora, utilizando la densidad y el volumen supuestos de nuestro planeta, podemos introducir los valores en nuestra ecuación de densidad:
Reordenando, obtenemosque es aproximadamente igual a kg. ¡Nuestro planeta es bastante pesado!Usando esta ecuación (igual que antes)
podemos resolver para , la aceleración gravitacional del planeta:que es aproximadamente .
espera, solo ? eso es solo Tierras! ¡Estoy de suerte!
Bueno, no, en realidad no, a menos que también hagas otros cambios: la densidad real de tu planeta sería mucho mayor, ya que una gran proporción del planeta probablemente sería magma (densidad: kg/m 3 ), y, si el planeta es como la Tierra, gran parte de la superficie tendría que ser agua (densidad: kg/m3 ) ; la densidad media del planeta obviamente estaría por encima de la de Pumice kg/m 3 .
Sin embargo, si descubre alguna forma de limitar la densidad del magma de su planeta, ¡esto ya no sería un obstáculo para su objetivo de 1 Tierra!
Tal vez el magma esté lleno de aire, piense en agua carbonatada , un proceso similar podría haber atrapado y comprimido aire dentro del magma de su planeta.
Esta idea también hace que la superficie de roca vesicular sea más probable, ya que cuando la lava se libera a través de fisuras en la corteza (piense en volcanes, etc.), el aire atrapado dentro de la lava se expandirá y creará burbujas de aire. Esto es como doblarse al salir a la superficie después de una inmersión profunda: a medida que se libera la presión, el nitrógeno comprimido dentro de la sangre se expande rápidamente en burbujas.
Y mis cifras de densidad de magma se basaron en basalto; la lava vesicular tendría una menor densidad.
De todos modos, esa idea del exoesqueleto todavía me parece genial.
Números básicos
Da la casualidad de que (y @TimB) señaló que tenemos un planeta que casi se ajusta a su descripción preliminar: Saturno.
Estadísticas de Saturno
Diámetro ~ 10 Tierras Masa ~ 90 Tierras Densidad ~ 620 kg/m^3 - 6/10 tan denso como el agua) Gravedad (@región de presión de 1 atm) ~ 1,07 Temperatura (@región de presión de 1 atm) ~ 134 K -> -139 C -> -165 F
Para tener un gran planeta con baja gravedad, necesitas una baja densidad. Saturno tiene la densidad más baja de cualquier planeta en nuestro sistema solar. Tenía que estar hecho casi en su totalidad de hidrógeno para lograr eso. Significa que tendrías que volar para vivir en ese planeta.
No encontraría minerales, metales, pocos líquidos y ciertamente ningún cuerpo líquido. Para no ser aplastado en las profundidades de la atmósfera, tendrías que volar para sobrevivir en la atmósfera de Saturno.
Agregar giro
Los cuerpos giratorios en realidad producen una gravedad aparente que varía con la latitud , como lo demuestra la de la Tierra. En la Tierra, este campo varía aproximadamente un 0,3 % (~0,029 m/s) debido a la aceleración centrípeta hacia afuera y un 0,2 % (~0,020 m/s) debido a la diferencia entre el polo y el radio ecuatorial. Podemos usar este principio para imaginar un planeta que satisfaga sus necesidades.
Júpiter gira a una velocidad de 1 rotación cada 10 horas. Su ecuador es aproximadamente un 7% más grande que su circunferencia polar.
Los planetas se vuelven inestables y se rompen entre 2 y 3 horas por rotación. Alrededor de esta velocidad de giro, el planeta alcanza un 100% de achatamiento (el ecuador es el doble de largo que la circunferencia polar). La Tierra primordial probablemente tuvo esta apariencia poco después del evento Theia Impact .
Aceleración debida a la gravedad
Aceleración centrípeta debida a la rotación.
La aceleración total es la aceleración debida a la gravedad menos la aceleración centrípeta:
metro
Resolver para la masa del planeta
Inserta números
Si aproximas el volumen de un esferoide achatado como
entonces con una circunferencia ecuador:polo 2:1, este cuerpo tendrá alrededor veces el volumen de la Tierra. Eso le da a este cuerpo una densidad de
Este número es 3,5 veces la densidad de Saturno (arriba) y casi el doble que la de Júpiter. Este planeta estará compuesto de gas hidrógeno, agua y un núcleo rocoso y de hierro. Es poco probable que posea una superficie sólida en las condiciones en que los habitantes podrían acceder a ellas. Es posible que tal planeta tenga una superficie líquida y parezca simplemente una gota de agua gigante de la masa de Júpiter.
Otros datos divertidos
Comparemos la aceleración debida a la gravedad y el movimiento centrípeto:
La aceleración centrípeta ayuda, sin embargo, aumentar el radio ecuatorial ayuda mucho más.
eso es 16.6 en los polos mientras solo sientes 1 en el ecuador. Como una aproximación aproximada, su distancia entre el ecuador y el polo variará según el seno de la latitud de esta manera:
Otra información de referencia
Si tiene tiempo e interés, este video:
El sorprendente estado de la Tierra después del impacto gigante de la formación de la Luna
proporciona mucha información sobre cuerpos planetarios de alta velocidad de giro, cómo se vuelven así, algunas simulaciones y otra información pertinente a sus intereses. Tiene una duración de aproximadamente 1 hora, pero lo disfruté mucho y lo encontré muy informativo.
Permítanme decirlo directamente desde el principio: no se puede obtener un mundo del radio para ser habitable por cualquier cosa que se parezca a los humanos.
Antes de que te desesperes, déjame recordarte que la superficie planetaria aumenta con el cuadrado del radio, y la Tierra es enorme para empezar: 510 millones de kilómetros cuadrados. Entonces, por el doble del radio, obtienes 2,04 mil millones de kilómetros cuadrados, y por tres veces el radio, obtienes 4,5 mil millones de kilómetros cuadrados, ¡casi 10 veces más grande!
Imagínese cuán diferente habría sido la historia si la Tierra hubiera sido tan grande. El área de superficie más grande podría significar días más lentos con noches más largas, o quizás una rotación orbital más rápida. El terror de la noche se prolongaría, o las tormentas podrían ser más masivas que cualquier cosa que conozcamos aquí en la Tierra. Los vastos océanos regularían y moderarían el clima más que en la Tierra con su gran capacidad de calor, mientras que las olas podrían acumularse sobre los vastos océanos a alturas verdaderamente asombrosas (100 m o más). La atmósfera en sí misma probablemente sería más profunda y densa, y dada la mayor masa planetaria, retendría más gases primordiales.
Entonces, ¿cómo se obtiene tal cosa? El proceso más probable sería partir de un planeta Chthonian , hacer que se aleje de la estrella y reconstruir parte de la atmósfera a partir de cometas y erupciones.
Para requisitos de temperatura y similares, solo necesita orbitar aproximadamente a la misma distancia de la estrella.
Lo complicado aquí es la gravedad, para tener 10 veces el radio entonces necesitas hacer el planeta de algo mucho menos denso que la tierra (lo cual es improbable) o necesitas hacer girar el planeta muy rápido.
Si giras el planeta, se aplanará en forma de disco, pero el ecuador podría tener diez veces el radio de la Tierra y aún podrías tener fuerzas gravitatorias al nivel de la Tierra en todas partes del planeta.
El planeta tendría la misma "altura" (polo a polo) que la tierra pero mucho más ancho.
Obtendría un clima muy fuerte y efectos de Coriolis, pero la gravedad aparente estaría bien.
Ignora un poco de ciencia.
En realidad, mundos tan grandes tienen más gravedad que la Tierra. Todas las cosas que tienen un área de superficie muchas veces mayor que la de la Tierra, son sólidas y tienen la misma gravedad, no ocurren en la naturaleza y, a menudo, tienen fallas estructurales significativas que requieren la construcción de unobtaium para permanecer en una sola pieza. Todo eso no significa que no puedas escribir una gran historia que tenga lugar en uno. Ringworld de Niven es una de esas historias que tiene lugar en algo que probablemente no podría existir, y se basa en algunos cables de unobtanium para mantener las cosas juntas, pero aún así es ampliamente disfrutado y admirado.
Tu historia, por ejemplo, podría tener lugar en un mundo vacío. Un mundo hueco podría ajustarse fácilmente a todos los criterios que desea, siempre que ignore el hecho de que los mundos huecos en realidad no se pueden formar. Puede explicar esto con 'los extraterrestres lo hicieron con tecnología súper avanzada' o 'magia', según el tipo de historia que esté tratando de contar. Si realmente te sientes creativo: los extraterrestres lo crearon con magia. Alternativamente, no tienes que explicarlo en absoluto. Puedes disfrutar escribiendo sobre ello y otros pueden divertirse leyéndolo sin saber exactamente por qué o cómo el mundo es hueco.
¡Diviértete escribiendo!
La verdadera forma SFNal de hacer esto es simplemente "pavimentar" Saturno. Un "mundo terraformado supramundano de Saturno" esencialmente tiene la atmósfera de Saturno cubierta con algún material que proporciona un "piso" sólido para que las personas lijen y trabajen, sostengan edificios, etc.
Los materiales como el grafeno o una "tela" tejida con cables Fullerine proporcionarán la alta relación resistencia/peso necesaria para que esto sea plausible, y si bien puede parecer un poco como estar de pie y trabajar en un trampolín, la realidad es que la estructura será tan grande que la mayor parte de la flexión se amortiguará y usted y yo apenas sentiríamos nada.
Ahora las preguntas sobre la atmósfera y el clima serán más difíciles de responder. Sin duda, se puede agregar una atmósfera al exterior del mundo supramundano de Saturno, importando materiales de las muchas lunas de Saturno e importando nitrógeno adicional de las lunas distantes de Neptuno y cuerpos del cinturón de Kuiper (si puede cubrir Saturno, puede importar fácilmente materiales del espacio profundo), así como océanos y suelo para soportar cualquier tipo de biosfera que desee. Dado que está tan lejos del Sol, se necesitará un sistema de espejos en órbita para proporcionar iluminación adicional.
El tiempo y el clima serán muy diferentes a los de la Tierra simplemente debido a los efectos de escala, y también habrá muchas variables basadas en cómo compones la atmósfera, el porcentaje de tierra a océano que elijas crear y los detalles de cómo y donde los pelotones de espejos orbitan e iluminan el planeta, por lo que habrá muchos gestos que se pueden hacer para satisfacer sus necesidades como narrador de historias. Esperaría que el período inicial en el que se agregan la atmósfera y los productos biológicos esté marcado por discontinuidades violentas a medida que se establecen y luego se rompen los equilibrios, por lo que las personas que viven allí podrían no establecerse en la unidad del mundo supramundano al final del proceso de construcción y siembra. .
También es posible mover activamente a Saturno a una órbita más cercana alrededor del Sol, pero la cantidad de tiempo y energía necesaria es "astronómica". Si se pudiera enviar una cantidad suficiente de asteroides, cometas o cuerpos de tamaño similar en órbitas circulares desde el cinturón de Kruiper para pasar por Saturno, el planeta podría transferir parte de su energía orbital a estos cuerpos (acelerándolos y arrojándolos desde el Sistema Solar). ) y moviéndose gradualmente hacia una órbita más cercana alrededor del Sol. Esto requerirá mucha planificación, ya que estos cuerpos podrían chocar contra planetas o naves espaciales en el sistema exterior, mientras que a medida que Saturno se acerque a la órbita de Júpiter, podrían surgir efectos inesperados debido a las interacciones gravitatorias, las órbitas de resonancia entre Saturno y el cinturón de asteroides e incluso el interior. planetas Tal vez sea mejor quedarse con los espejos.
Entonces, tal vez nuestros descendientes en el año 2500 d. C. podrían estar iniciando un proyecto de esta magnitud, sin duda necesitará una gran cantidad de recursos y la capacidad de controlar grandes cantidades de materia y energía para poder hacerlo.
Una idea interesante sería tener un planeta hueco... Un viejo episodio de dr.who presenta una trama bastante impresionante, donde los villanos controlan un planeta gigante de un barco pirata que es hueco y puede minar otros planetas teletransportándose a su alrededor.
Los planetas no se vuelven mucho más grandes que Júpiter: agrega más masa y se vuelven más densos en proporción, manteniendo el mismo radio hasta el territorio de las enanas marrones.
Júpiter tiene 11 radios terrestres, pero solo 320 masas terrestres. 10× de ancho significa 1000× la masa.
Entonces, ¿por qué no puedes apilar tanta roca? La formación planetaria común parece no hacer eso, según la muestra que tenemos hasta ahora. Pero el Universo es grande, lo que hace que las cosas improbables sean probables en algún lugar . Necesita una forma de recolectar rocas sin acumular hielo y gas una vez que se vuelve considerable. Los planetas rocosos se forman dentro de la "línea de escarcha", pero se quedan sin material.
Aquí hay algunas ideas aleatorias: una nube de origen muy grande y polvorienta forma un hipergigante borroso y tiene muchas más "cerca" dentro de la línea de congelación. Además, una vez que la estrella se encendió, se ionizó y expulsó el gas sobrante, dejando polvo por más tiempo. Llega más polvo de regiones más lejanas que son perturbadas por otros planetas migratorios y arrojan la mitad hacia el interior.
La fusión de los planetas rocosos internos no da como resultado que la estrella se los trague, pero está cerca: es arrojada fuera del sistema y capturada por otra estrella en el mismo vivero, antes de que el cúmulo se disipe, por lo que no es demasiado escandaloso para ser capturado y ot permanecer pícaro.
Las fuerzas de marea del acercamiento cercano pueden arrancar el gas y el hielo dejando aún más roca pura, que se puede completar después de llegar a la nueva estrella.
Podrías tener un sistema binario jerárquico con miembros exóticos, como una estrella de neutrones. Hay planetas púlsar... ¿de dónde vienen? Tal vez reformado después de la supernova o procesos cthonianos. Con la inestabilidad a largo plazo y los acercamientos pasados cercanos de los soles binarios a los exóticos binarios, los planetas pueden barajarse fácilmente.
Un planeta púlsar se combina con un planeta terrestre mundano y cuerpos helados para formar una cubierta exterior de roca, y reemplaza al planeta terrestre alrededor de la estrella similar al sol.
Los dispositivos de credibilidad son:
Esta ecuación te ayudará a comprender por qué la Tierra no puede ser mucho más grande de lo que es ahora y permitir que la vida siga viva. El límite superior es de alrededor de 7000 km de radio, e incluso eso podría ser demasiado grande ya que la gravedad de la superficie comprimirá demasiado la atmósfera y elevará la temperatura de la superficie por encima de los 150 F. La ecuación de densidad del planeta rocoso:
Densidad = (1+Pi) x 10^-1 * R^3 + (1+sqrt 2) x 10^-1 * R + 2900 kg/m^3.
El mejor ajuste es R = 6372.4567 Km produciendo g = 9.815 m/seg^2 gravedad superficial. Un radio de 7000 km produce una gravedad superficial de 1,19822 g.
Todo es simple excepto por hacer un planeta gigante con una gravedad similar a la de la Tierra... así que agregue algo de unobtanium, lo que explica convenientemente por qué los minerales del planeta son un recurso tan valioso.
Quizás el planeta tiene un alijo de materia negativa en su interior. Esto no es antimateria, sino una forma hipotética de materia exótica que tiene gravedad negativa, que repele la masa en lugar de atraerla. Dicho material es necesario para los agujeros de gusano estables y una posible unidad de deformación FTL , por lo que si existen en su universo, me imagino que también existe materia negativa y, además, es muy valiosa.
No se conocen partículas con masa negativa, pero son teóricamente posibles según la comprensión actual de la física.
Su planeta tendría que ser casi exactamente la mitad de materia normal y la mitad de materia negativa, con solo el equivalente a la Tierra de materia regular más. Sin embargo, debe ser razonablemente estable; la materia negativa aún es atraída por la gravedad normal, por lo que no tiene que preocuparse de que el planeta explote espontáneamente o que los cristales negativos caigan al cielo tan pronto como se extraigan.
El magnetismo es "más fuerte" que la gravedad, ¿verdad?
Entonces, ¿qué pasa con un planeta artificial con capas de hierro magnetizado controlado por nanitos (combinado con una especie de campo de fuerza) que contiene capas más gruesas de roca, muchas con aire y agua sobre ellas? El planeta está dividido como una cebolla o un rascacielos esférico, muchas capas tienen vida, quizás de diferentes planetas. El uso cuidadoso de las nanomáquinas es la forma en que se hicieron las megaestructuras magnetizadas en primer lugar.
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