¿Qué tan profundo debe ser un pozo en la luna para mantener la atmósfera a 1 ATM en el fondo?

En mi mundo me gustaría crear un pozo en la Luna lleno de aire.

  • ¿Qué tan profundo debería ser el pozo para obtener 1 ATM de presión?
  • ¿Podría el pozo mantener el aire o se perdería en el espacio?
  • Si se perdiera, ¿cuánto tiempo tardaría?
  • ¿Podría un tope ser suficiente para evitar cualquier pérdida?
  • ¿Es factible la profundidad necesaria en la luna?
Igor, bienvenido al sitio, edité tu pregunta para mayor claridad, si arruiné la intención, no dudes en revertir el cambio.
Dan Bron Si contamos los vientos solares, sí, se llevarán el aire en poco tiempo, pero si quitamos eso de la ecuación por lógica, no hay razón para que el aire suba por el pozo y se vaya volando.
Le daría la vuelta a esta pregunta: qué tan profundo puede ser el pozo sin colapsar, y qué tan rápido o lento perdería la atmósfera si comenzáramos con 1 atm en el fondo.
Edite el anuncio de la pregunta "límite", no se concentre demasiado en el asunto de la pérdida de aire
@IgorNovelli No, hay una razón lógica: la presión sobre el orificio es menor que la presión dentro. El aire se difundiría. Una tapa y paredes fuertes y no porosas evitarían eso, por supuesto, pero entonces todo lo que pregunta es "¿es posible construir una cámara de presión en la Luna"? Habría formas más fáciles, económicas y mucho más prácticas de hacerlo que cavar un hoyo de cientos de kilómetros de profundidad y llenarlo con aire. Nadie optaría por hacer eso, si todo lo que quisieran fuera 1 atm de presión para vivir, o lo que sea.
space.stackexchange.com/questions/32503/… la respuesta a esta pregunta es 41 km de profundidad en Marte para una presión de aire equivalente a una elevación de 6 km en la Tierra (ni siquiera 1 atmósfera), entonces, ¿a qué profundidad crees que llegarás? necesita en la Luna para un total de 1 atmósferas? ¿Crees que es de alguna manera factible?
Historia de ciencia ficción relacionada, que incluye una caverna lunar subterránea natural que fue presurizada artificialmente a 1 atm: en.wikipedia.org/wiki/The_Menace_from_Earth
¿Supongo que no ayudaría a su historia usar una definición bastante improbable de "aire"? Llene el pozo con hexafluoruro de tungsteno y estará listo en lo que respecta a la presión. Transpirabilidad, no tanto.
La mayoría de las respuestas a continuación son en su mayoría incorrectas de una forma u otra. La luna no tiene suficiente gravedad para contener oxígeno o nitrógeno en una atmósfera, en un pozo o no. Necesitará presurizar un volumen cerrado para crear un espacio habitable.

Respuestas (5)

¿Qué tan profundo debería ser el pozo para obtener 1 ATM de presión?

Eso es bastante simple: unos 300 km de profundidad. Más o menos. Depende del tiempo que esperes conservarlo. La presión atmosférica es simplemente el peso del gas sobre el observador. En la Tierra, el 99% de la atmósfera se encuentra por debajo de los 32 km y el 99,9% por debajo de los 50 km. En la Luna, con una gravedad superficial de 1/6 de la de la Tierra, una columna de gas similar sería 6 veces más larga o unos 300 km. Dado que el radio de la luna es de aproximadamente 1700 km, el gradiente gravitatorio hacia abajo del pozo sería de aproximadamente 1/3, es decir, la gravedad en el fondo del pozo sería aproximadamente el 67% de la gravedad de la superficie. Entonces, la densidad del gas en la superficie sería algo así en la Tierra a 33 km.

¿Podría el pozo mantener el aire o se perdería en el espacio?

Ido ido ido. La presión de la atmósfera terrestre a 33 km es de aproximadamente 0,017 psi. Desafortunadamente, está rodeado por un vacío mucho mejor y se disipará a cierta velocidad, lo que hará que suba y desaparezca más aire.

Si se perdiera, ¿cuánto tiempo tardaría?

Lo siento, pero eso está más allá de mí. Semanas a años, supongo.

¿Podría un tope ser suficiente para evitar cualquier pérdida?

Seguro. La diferencia de presión total es bastante pequeña, por lo que para un pozo de diámetro pequeño, una tapa parece perfectamente razonable. Si estás hablando de millas de ancho para mantener una colonia, no tanto.

¿Es factible la profundidad necesaria en la luna?

No. Con aproximadamente 1/6 de la gravedad, esto equivale más o menos a un agujero de 50 km de profundidad en la tierra. A estas profundidades, la roca se deformará como pasta de dientes bajo el peso de la carga que la recubre. Bueno, pasta de dientes lenta. La presión es de unas 17.000 atmósferas o 260.000 psi. Esa es la presión en la roca, no la atmósfera.

Los 300 km deberían ajustarse por el hecho de que no todo está experimentando 1/6 de la gravedad terrestre, ¿verdad?
@BenMillwood es correcto. Pero no importa, ya que el aire escapará rápidamente del agujero hacia el vacío circundante.
@BenMillwood - Sí. Hay todo tipo de ajustes que hacer. Esto fue justo lo que usted llama un cálculo de "parte posterior del sobre". Muy breve, nada sofisticado y solo destinado a obtener un número aproximado.
¿Cambia la profundidad si es O2 puro a una presión mucho más baja? 3-5 psi es una alternativa viable al aire a 1 atm.
@RobertGetter: dado que el aire es esencialmente oxígeno y nitrógeno, y el nitrógeno es solo un 12% más denso que el oxígeno, la respuesta es esencialmente no. Además, operar en un ambiente de oxígeno puro tiene horribles problemas de incendios.
@WhatRoughBeast Además, al igual que con el buceo, demasiado oxígeno en el aire te matará.

Las otras respuestas son incorrectas debido a algún descuido.

Este es un gráfico de la temperatura frente a la velocidad de escape de varios gases en varios lugares:

Números y...

Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_escape

El oxígeno permanecerá en la Luna como gas, siempre que no se caliente ni se enfríe demasiado. Cerca de 50K se licuará; cerca de 60K escapará del agujero y de la Luna.

Y esto es lo que dice el artículo wiki de la Luna sobre sus temperaturas:

hay lugares que permanecen en sombra permanente en el fondo de muchos cráteres polares, y estos "cráteres de oscuridad eterna" son extremadamente fríos: Lunar Reconnaissance Orbiter midió las temperaturas más bajas de verano en cráteres en el polo sur a 35 K (−238 °C ; -397 °F) y solo 26 K (-247 °C; -413 °F) cerca del solsticio de invierno en el cráter Hermite del polo norte.

Así que no necesitas cavar un hoyo, ya existen algunos. Simplemente enjuague el gas y mantenga una temperatura ideal.

El oxígeno puede permanecer o no "en la luna", pero eso no ayuda a las personas en el agujero si el aire sigue escapando a la superficie, porque hay un diferencial de presión porque la Luna no tiene atmósfera . Y no puedes mantener una atmósfera en él incluso si inundas la superficie con miles de millones de toneladas de gas; herviría en las temperaturas de 380*+K de la superficie durante el día. Podría tapar el agujero, por supuesto, pero entonces solo está haciendo una cámara de presión ridículamente poco práctica y costosa. Nadie elegiría hacer eso, dadas las opciones más prácticas.
@DanBron si tuvieras una atmósfera real de 1 ATM en la Luna, tardaría milenios en escapar y mantendría una temperatura más agradable. En cuanto a mi solución, las moléculas de gas no tendrían la energía cinética para salir del agujero; A 50K, incluso a 1 atm, el gas permanecería en el orificio, por la misma razón por la que la sublimación con hielo seco tiende a permanecer en el suelo.
Me inclino a estar de acuerdo con su propuesta, pero esto de que "el gas se quedaría en el agujero, por la misma razón por la que la sublimación con hielo seco tiende a quedarse en el piso" es una muy mala analogía. El hielo seco permanece en el suelo porque sólo puede, siendo el gas a granel más absorbente que el aire, difundirse hacia arriba.
Su propuesta dice "sí, podemos mantener aire sólido en el cráter de la Luna", pero no explica cómo se puede mantener una mezcla de gas de 1 ATM en esas condiciones.
@Alexander a 1 atm, el oxígeno se licua a cerca de 53K. A 58K será un gas.
Sí, pero ¿qué lo mantendrá presurizado a 1 ATM? El gas se escaparía abundantemente del cráter hacia la superficie, donde se calentaría aún más y escaparía de la gravedad.
Oxygen will stay on the Moon as a gas, as long as it doesn't get neither too hot or too cold...... No sé tú, pero yo encontraría 50K francamente inhóspito: -223.15C o -369.67F. Presumiblemente, si el OP quiere una atmósfera allí, quiere poner algo que respire la atmósfera allí.
@Clockwork-Muse YMMV. Lo llenaría con oxígeno puro para encender un palo y ver cuánto sube.
@Renan: a 50K, le resultará muy difícil prender fuego a algo.
Esta respuesta también es incorrecta. La única respuesta es que lo que OP quiere hacer es imposible. La luna no puede contener una atmósfera de oxígeno o nitrógeno: punto final, fin de la historia. A presión atmosférica, el oxígeno hierve a 90K, por cierto, se congela (sólido) a 54K.
@DanBron "El oxígeno puede o no permanecer "en la luna", pero eso no ayuda a las personas en el agujero si el aire sigue escapando a la superficie" Honestamente, diría que las personas en el agujero deberían estar mucho más preocupado por las temperaturas de 60K (-213 C, -352 F) que por la posibilidad de que el aire finalmente se escape. Probablemente estén mejor sin la atmósfera, para ser honesto.

Hace algún tiempo, respondiendo a esta pregunta , publiqué esta respuesta (que también reutilicé aquí )

Sí, es posible. Considere que en el fondo de un valle uno está más cerca del centro de masa del planeta, por lo que la gravedad puede ser relativamente más fuerte y esto podría reflejarse en la presión atmosférica local.

gravedad vs distancia desde el centro

En la Tierra no tenemos valles lo suficientemente profundos como para experimentar una diferencia dramática, pero tenemos tal característica en Marte: Valles Marineris.

Hasta 7 km de profundidad, la presión en su fondo es de aproximadamente 0,168 psi, mientras que la presión atmosférica promedio en Marte es de 0,087 psi. Casi el doble, como ves.

Todavía no es lo suficientemente alto como para dar un paseo en camiseta, pero si la atmósfera en Marte fuera más densa, sería el primer lugar para lograr condiciones habitables.

La principal diferencia con la pregunta actual es que la gravedad de la Luna es mucho más baja que la de Marte, e incluso a nivel del "suelo" no hay una atmósfera apreciable, mientras que en Marte sí la hay. Entonces, mientras que en Marte la presión superficial es de unos 600 Pa, en la Luna es de 0,3 nPa.

Por lo tanto, incluso cavando un hoyo o zanja muy profundo, y suponiendo un comportamiento similar de la gravedad frente a la profundidad en la Luna, no habría nada para llenar ese hoyo a un nivel apreciable.

Incluso suponiendo que pudiera "limpiar" el agujero con aire transportado, escaparía rápidamente solo porque la velocidad promedio de las moléculas excedería la velocidad de escape de la Luna.

A menos que no quieras tener una piscina de gases líquidos (mejor congelados), que al estar protegidos de la exposición a la radiación solar directa se sublimarán muy lentamente.

Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat . Los temas incluyen la acumulación de CO2, la gravedad, el teorema de la capa y los métodos utilizados en esta respuesta. Por favor continúe la discusión allí.

La masa total de la "atmósfera" de la luna es algo así como 10t, que no es suficiente masa de atmósfera para llenar un agujero.

En su lugar, necesitaría usar una gorra para mantener presionado el aire. Para mantener 1 atm de presión se requiere el equivalente a una columna de agua de 10 m en la Tierra. Si asumimos que el regolito lunar es 3 veces más denso que el agua, entonces en la gravedad de la luna, que es 1/6 de la de la Tierra, la capa debería tener 20 m de espesor.

La variación interesante que he visto en esto es usar agua como tapa. Necesitas dos capas sólidas, una para evitar que el agua caiga y otra para evitar que se escape al espacio. Haga que el fondo sea plano y no haya una fuerza apreciable en la capa inferior (el agua que presiona hacia abajo desde arriba coincide con el aire que presiona hacia arriba), la capa superior solo necesita resistir la presión de vapor del agua y debe poder resistir el vacío y ultravioleta duro. Hay materiales transparentes que son adecuados: obtienes una tapa transparente que proporciona presión, protección contra la radiación y protección contra micrometeoritos.
Lo bueno de tal gorra es que proporcionaría la misma protección contra la radiación cósmica que nuestra atmósfera.
Una tapa de agua se congelaría en la parte superior y le daría una capa sólida de forma natural.
Probablemente no necesite una tapa enorme, solo coloque un enfriador eficiente en la tapa.

Simplemente no creo que lo hagas, aunque no tengo las matemáticas exactas a mano para demostrarlo.

En la Tierra, si cavas un pozo de 1 km de profundidad y te paras en el fondo, obtienes 1,12 atmósferas de presión, o un aumento del 12%.

Hay una calculadora de presión de aire interplanetaria que contiene información de varios planetas (aunque no de la luna, lo cual es comprensible teniendo en cuenta que la luna prácticamente no tiene atmósfera).

Eso dice que incluso a 5 km de profundidad en la corteza marciana, solo aumenta la presión de 0,01 atmósferas a 0,02 atmósferas.

Cuanto más profundices, más débil se vuelve la gravedad, lo que comenzará a trabajar en tu contra.

5 km fue mucho menos que un rasguño, para experimentar un cambio en la gravedad, debes bajar MUCHO más
@IgorNovelli La luna tiene un radio de 1.737 km. De hecho, 5 km es solo alrededor del 0,2%, pero el problema es que a medida que avanzas, la gravedad comienza a disminuir.
@IgorNovelli Jup, a 50 km, la gravedad ha disminuido solo un 8 %, a 150 km, un 24 %. Todavía no está tan mal.
Tim, odio decírtelo, pero tu última línea está completamente equivocada. referencia _ Suponiendo una densidad uniforme, la gravedad dentro de un cuerpo estelar permanecerá constante. En la Tierra, dado que el núcleo tiene mayor densidad, en realidad sube. En la luna puedes suponer que la gravedad permanece constante dentro de los cráteres, barrancos y trincheras.
@Mindwin Para distancias cortas, sí, debido al aumento de la densidad y otros factores, la gravedad no disminuye o incluso aumenta ligeramente a medida que comienza a excavar. Sin embargo, como muestra su propia referencia, una vez que pasa, la fuerza gravitacional comienza a disminuir y finalmente llega a cero en el núcleo.
¿Qué tan profundo debe ser un pozo en la luna para mantener la atmósfera a 1 ATM en el fondo?
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