No necesitas una magnetosfera

Teoría

Kass y Yung, 1995 tienen una de las estimaciones más altas de pulverización atmosférica (eliminación de gases de la atmósfera a través de la interacción con el viento solar) de Marte. Su trabajo trata sobre la pérdida de oxígeno de Marte. Para todas las fuentes de oxígeno (diatómica, dióxido de carbono y agua), se estima que la tasa de pérdida de partículas en un Marte joven con una atmósfera espesa es de aproximadamente$4\times10^{28}$partículas Multiplicando por la masa de cada partícula, esto da como resultado unos 1500 kg de atmósfera por segundo.

Esto puede parecer mucho, pero en realidad no lo es. Digamos que tu planeta tiene una atmósfera 1/10 de la masa de la Tierra (si es más pequeña y delgada). La atmósfera es entonces sobre$5\times10^{17}$kg. Para eliminar el 1% de esta atmósfera más delgada (o$5\times10^{15}$kg) a 1500 kg/s tardaría 100 000 años.

Ciertamente, en las escalas de tiempo de los planetas esto es un gran problema. Pero para los humanos? No tanto. Si tiene la capacidad de agregar una atmósfera completa en unos pocos siglos, seguramente no es difícil reemplazar el 1% de su atmósfera cada mil siglos.

Solicitud

Este es fácil. He aquí Titán , luna de Saturno. Titán es la única luna conocida con una atmósfera significativa (seguramente de interés para el potencial colonizador de la luna). Tampoco tiene magnetosfera, y su planeta padre, Saturno, no es tan potente magnéticamente como Júpiter. Finalmente, también es diminuto; su masa es el 2,3% de la de la Tierra y su gravedad superficial es el 14% de la de la Tierra.

Sin embargo, tiene una densa atmósfera de nitrógeno con una masa 1,2 veces mayor que la de la Tierra. Ciertamente, Titán tiene menos viento solar con el que lidiar que la Tierra, pero, no obstante, mantiene una atmósfera espesa durante miles de millones de años después de su creación con solo una fracción de la gravedad superficial de la Tierra.

En cuanto al viento solar, Venus también está aquí. Está más cerca del sol y recibe más viento solar. A pesar de no tener magnetosfera, todavía tiene una atmósfera súper densa de dióxido de carbono casi 100 veces más masiva que la de la Tierra.

Conclusión

En el peor de los casos, debe gastar algo de tiempo y dinero en reparar su atmósfera cada pocos milenios. En el mejor de los casos, encontrará una de las innumerables razones por las que las atmósferas están protegidas; es decir, lo que sea que esté protegiendo las atmósferas de Venus y Titán.

No tengo ninguna duda de que la atmósfera de su luna sin magnetosfera se eliminará con el tiempo geológico (unos pocos miles de millones de años), pero su sol también se expandirá hasta convertirse en una gigante roja en un lapso de tiempo similar, así que preocupémonos de lo primero.

Puede que te interese este artículo, que trata sobre la mejora de la propia magnetosfera de la Tierra, pero obviamente se puede aplicar a cualquier otro cuerpo celeste.

Tiene mucha información y es una lectura recomendada; aquí hay un resumen ejecutivo (para la parte de interés):

• construir una magnetosfera para un planeta poniendo imanes en el planeta mismo es ineficiente.
• para proteger un planeta del viento/las erupciones solares, puede ser suficiente un escudo más pequeño en L1 (Punto 1 de Lagrange, que es una órbita inestable entre el sol y el planeta).
• El escudo debe mantenerse en su posición mediante motores activos (¿de iones?) debido a la inestabilidad; el impulso necesario es muy bajo.
• El escudo debe tener un nivel de carga de campo magnético de 1 y 2 Tesla dependiendo de la cobertura deseada.
• La energía para mantener el escudo se puede extraer directamente a través de paneles solares (sin necesidad de generadores autónomos).

Este estudio ha sido adaptado por la NASA para una propuesta para un escudo de Marte .

En su caso, tener el escudo en L1 del satélite no ayudaría, por supuesto, por lo que debería estar en L1 del planeta y ser lo suficientemente grande como para proteger al gigante gaseoso y los cuerpos que lo orbitan.

Puede ser necesario aumentar el campo magnético para cubrir un área más grande, pero si esto es algo que la NASA está evaluando ahora , debería ser una obviedad para cualquier raza capaz de construir naves estelares.

ciencia.nasa.gov:

"La magnetosfera de la Tierra es parte de un sistema dinámico e interconectado que responde a las condiciones solares, planetarias e interestelares. Es generada por el movimiento convectivo del hierro fundido cargado, muy por debajo de la superficie en el núcleo exterior de la Tierra".

Entonces, en teoría, para tener una magnetosfera, se necesita una gran cantidad de hierro fundido cargado. Convencionalmente, esto es imposible de generar porque las cantidades de hierro son a escala planetaria, difíciles de obtener, ya que con su situación, la extracción de núcleos de otros planetas y lunas en el sistema solar requeriría demasiados recursos.

Sin embargo, si estamos hablando de minería totalmente automatizada y robotizada, teóricamente podrían extraer hierro de los asteroides, siempre que haya suficientes asteroides ricos en hierro en el sistema, las cantidades en cuestión siguen siendo muy grandes y requerirían un pozo hasta el núcleo del planeta. , que en el nivel tecnológico dado sería un poco difícil.

Alternativamente, si la energía del vacío es algo que tienen, uno podría ir con un electroimán extremadamente fuerte, en la superficie o en el centro del planeta. La energía del vacío, sin embargo, podría volver a estar un poco fuera del alcance tecnológico de nuestros colonos y, si estuviera en la superficie del planeta, interferiría gravemente con cualquier tipo de equipo electrónico sin blindaje.

Entonces, en realidad, para un pequeño equipo de científicos con el nivel de tecnología descrito, sería bastante difícil lograr una hazaña como esa. A una civilización más avanzada le llevaría años reunir el hierro necesario y crear las condiciones para crear una magnetosfera. Sin tecnología significativamente más avanzada, o los recursos de toda una civilización, me temo que tendrás que buscar un nuevo planeta, o simplemente proteger tu refugio de la radiación. Eso probablemente sería mucho más fácil que crear una magnetosfera.

Por otro lado, hoy ya estamos hablando de la magnetosfera de Marte y se puede encontrar información aquí: https://www.hou.usra.edu/meetings/V2050/pdf/8250.pdf