Si se crearan dos portales circulares de 2 metros (arbitrarios) de diámetro que permitieran un flujo desinhibido entre las atmósferas superficiales de Venus y Marte, ¿cuáles serían los efectos ambientales en los dos planetas?
Mi proceso de pensamiento se inspiró parcialmente tanto en xkcd como en los juegos Portal y Portal 2. Teniendo en cuenta que uno debe obtener los recursos necesarios para terraformar un planeta ya sea de ese planeta, un cuerpo astronómico vecino o fuentes extradimensionales, si los portales pudieran existir, serían un medio útil para proporcionar calor/atmósfera/energía a Marte, mientras se ventilan para formar bolsillos/cúpulas habitables en Venus. Sería mucho más fácil, por ejemplo, fabricar tejas aislantes para Venus en Marte. Estaba tratando de planear una historia corta, basada en una falla catastrófica de este sistema, de modo que el transporte a través de los portales no está regulado en absoluto. Solo una explicación paso a paso de cómo ocurrió y qué sucedió sería emocionante, única y conduciría a bellas imágenes en una forma de "tormenta épica que barre la superficie del planeta".
Definición de portal:
2 superficies circulares de 2 metros de diámetro, cada una fijada a un punto geoestacionario (podría haber un término mejor para eso) en cada planeta. Ambos orientados perpendicularmente a la superficie del planeta y fijos en su lugar (piense en la puerta estelar) La orientación relativa a los ejes/ecuador/etc. del planeta no está especificada y puede elegirse a su discreción. El transporte instantáneo ocurre a través del portal de una manera que se puede modelar como una placa de orificio infinitamente delgada e indestructible. El transporte a través del portal es gratuito y no tiene ningún efecto sobre la materia que pasa. La velocidad de las partículas después de pasar por el portal de descarga es la misma que antes de pasar por el portal de entrada. La aceleración/velocidad de los dos portales entre sí se tecnoparlotea.
Según mis cálculos aproximados, la presión sobre Venus en la superficie es 15000 veces mayor que la de Marte. Como resultado, alrededor de 1,5 toneladas de aire deberían atravesar el portal por segundo. Debido a la composición de la superficie de Marte, esto debería causar fácilmente tormentas de polvo generalizadas. Sin embargo, es insignificante para la masa/movimiento del planeta. Debería poder afectar las atmósferas de ambos planetas dentro de un año (tiempo razonable para llevar un equipo de desastres allí, suponiendo que los portales no se puedan usar para llegar allí por alguna razón). Los detalles más finos de los efectos sobre los planetas son más difíciles de predecir, que es el motivo de la pregunta.
Nota: he estado usando este escenario como un experimento de escritura/pensamiento sin intención de publicar nada sobre este tema. Todos los conceptos desarrollados aquí son de dominio público.
Eso es lo más obvio que sucederá, lo que ha identificado con precisión. Suponiendo que ambos portales estén en la superficie, el aire en el portal tendrá las respectivas presiones de aire (con las fuerzas que actúan en esa área del portal entre paréntesis):
Venus : ~92 bar (28.902.652,4 newton)
Marte : ~0,00636 bar (1.998,05293 newtons)
Eso significa que la presión en el lado de Venus es ~14465,4088 veces mayor que la de Marte. No necesito hacer muchas más matemáticas para decir que la atmósfera de Venus fluirá inicialmente hacia la de Marte, y no al revés. Este flujo no puede detenerse hasta que las presiones de las atmósferas se hayan igualado o los portales estén cerrados. (¡Tener un apagado automático para estos portales parece una buena medida de seguridad!)
Ahora, dado que hay una diferencia tan grande en la presión superficial y la gravedad, necesitamos averiguar si la atmósfera de Venus, cuando fluye hacia la atmósfera marciana, alcanza la velocidad de escape. Según Wikipedia, la velocidad de escape de Marte es de unos humildes 5,027 km/s. Si aplicas la fuerza de la atmósfera de Venus a un mol de su partícula más común (dióxido de carbono), obtienes (usando presión dinámica )
dónde
es la velocidad del aire
es la presión dinámica (en este caso 92 bar - .00636 bar = 91.99364 bar)
es la densidad del aire (para venus , es 67 kg/m^3)
cuyos rendimientos:
Así que Venus no tiene la presión necesaria para lanzar cosas a través de este portal, a través de la atmósfera de Marte y al espacio. (Sin embargo, debe tener cuidado donde coloca sus portales, porque teóricamente podría usarlos para lanzar cosas al espacio con otros cuerpos planetarios).
Una vez que las atmósferas hayan igualado la presión total , las atmósferas intentarán estabilizar sus presiones parciales hasta que los dos planetas compartan exactamente la misma atmósfera. Cabe señalar que este proceso llevará más tiempo que la igualación de la presión total, simplemente porque hay tanto aire para moverse de Venus a Marte, que la atmósfera de Marte no cambiará para ir a Venus hasta que la presión total sea aproximadamente igual.
Es hora de un poco más de matemáticas, esta vez usando una presión más familiar debido a la ecuación de profundidad :
sabiendo que la presión de Venus y la presión de Marte (eventualmente) se igualarán, y sus densidades serán las mismas, nos quedamos con
Entonces, la nueva atmósfera de Marte debería ser ~2.4 veces la profundidad de la nueva atmósfera de Venus cuando este terrible evento de igualación de presión finalmente termine. Esa es solo la presión a granel. ¿Y las presiones parciales?
Con estas atmósferas expuestas entre sí y sabiendo que los gases intentan difundirse uniformemente en el espacio al que "se les permite" entrar, estamos observando un cambio en la atmósfera de Marte, seguido de un cambio en la atmósfera de Venus. .
Si echas un vistazo a los artículos de Wikipedia sobre Venus y Marte, y miras la lista de presiones parciales, te darás cuenta de que sus atmósferas se ven bastante similares: en su mayoría son en su mayoría (> 95%) dióxido de carbono seguido de nitrógeno y otros oligoelementos. El contenido de azufre atmosférico de Marte aumentaría y Venus obtendría algunos elementos traza más, pero de lo contrario la composición no cambiaría significativamente.
De acuerdo con esto , uno de los problemas con Marte es que no tiene suficiente atmósfera para retener el calor. Sin embargo, el dióxido de carbono adicional de Venus ayudaría bastante, dándole una atmósfera que retiene el calor. haciéndolo más cálido. Sin mencionar que el aire de Venus es un infierno de 737 K, lo que contribuirá en gran medida a calentar el Planeta Rojo.
No sé la composición exacta de Venus y Marte, por lo que no puedo decir cuánto más cálido / frío se volvería cada planeta o qué tan rápido. Estoy dispuesto a decir, basado en el tamaño relativo de cada planeta y algún conocimiento de la capacidad calorífica , que Marte se calentará más de lo que Venus se enfriará. De hecho, con el tiempo suficiente, Marte y Venus pueden llegar a alcanzar la misma temperatura, suponiendo que los portales permitan la transferencia de calor.
Esta es otra área de especulación, porque los patrones climáticos marcianos no están fácilmente disponibles. Además, los sistemas meteorológicos son ejemplos clásicos de sistemas caóticos , su lenta introducción de la Atmósfera Venusina puede tener muchos, muchos efectos imprevistos.
Sin embargo, localmente sabemos que el aire venusiano más denso se extenderá hasta que su presión sea aproximadamente la presión marciana. También sabemos que es mucho más denso, por lo que el aire se extenderá (relativamente) cerca de la superficie. Si los portales fueran más grandes, esto podría resultar en vientos de superficie fijos, como vemos con las brisas terrestres y marinas.
Asumiré que los portales son efectivamente agujeros de gusano y, como tales, conservan la energía y el impulso potencial y cinético.
En ese caso, el flujo neto de gases será de Marte a Venus . Si bien el gradiente de presión favorece el flujo inverso, esto se supera varias veces por la diferencia en la gravedad de los dos planetas (el pozo de gravedad de Venus es mucho más profundo) y mucho más por el hecho de que Venus está más adentro en el Sistema Solar y es por lo tanto más profundo en el pozo de gravedad del Sol. Por lo tanto, el efecto será que Marte perderá casi toda su atmósfera existente, mientras que la atmósfera de Venus aumentará en densidad en una cantidad insignificante. Para conservar el impulso, las órbitas del planeta también cambiarán en cantidades insignificantes.
Tenga en cuenta que si el portal tiene solo dos metros de diámetro, Marte podría tardar mucho en perder su atmósfera.
tim b
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Kaine
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Henning M.