Creando un mundo de Matryoshka Shell: regulación de la temperatura

En una galaxia muy, muy lejana, durante un ataque de inspiración para una maravilla tecnológica súper masiva, el Imperator dedica un asombroso 10% de la energía y los materiales de las unidades de procesamiento de materiales solares y de la esfera de dison de su civilización para intentar un innovador (y posiblemente loco) plan para crear un mundo matryoshka. Al intentar una impresión 3D masiva de múltiples capas mundiales, el líder espera crear muchas capas planetarias una dentro de la otra.

Entonces aparecen los primeros problemas, la regulación del calor.

Si no desea hornear las capas internas ni congelar la capa externa, ¿cómo procesa el calor (o la falta de él) hacia arriba o hacia abajo entre diferentes capas?

¿Es esto realmente tan simple como poner un montón de respiraderos masivos o requeriría más que eso?

Editar: para ser más específicos sobre lo que es habitable para esta civilización, no debería haber períodos prolongados de calor por encima de los 40 grados C ni por debajo de los -5 grados C.

Edición 2: Septerra Core es un buen análogo para el mundo que estoy creando. Es un videojuego con un mundo similar. Pero no tiene mucha información sobre cómo se regula el calor dentro de las capas del mundo. Además, las capas no cubren completamente las otras capas, lo que permite que la luz (y el calor) entren en las capas inferiores y que el calor se irradie hacia arriba. En este mundo construido no existirían tales brechas. La capa 1 recibe toda la luz de la estrella e irradia todo el calor de todas las demás capas inferiores. Suponiendo que así es como funciona (no hago mucha ciencia).

Edición 3: este planeta creado se coloca en una ubicación conveniente cerca de la estrella lo suficientemente como para que la energía se coloque en él y en órbita alrededor de la estrella. Pero para aclarar, esta pregunta se refiere principalmente a cómo regular la producción de calor residual creada dentro de los caparazones para mantener los caparazones inferiores y superiores en un estado habitable.

Edición 4: he prescindido de la mayoría de la historia de fondo para solo responder la pregunta en cuestión.

https://en.wikipedia.org/wiki/Kardashev_escala

Intenta ver esto: youtube.com/…
Vi casi todo este video y estoy completamente confundido en cuanto a cómo se relaciona con mi pregunta. El video trata sobre el calor residual, pero no trata nada sobre cómo regular la temperatura para que las diferentes capas sean habitables. Una vez más, es genial para Matryoshka Brains, pero mi pregunta se refiere a otra megaestructura. ¿Podría repasar las áreas donde se encuentra este video que me ayudaría con mi pregunta? Revisé y vi el video de la serie sobre mundos de shell que menciona los mundos de los que estoy hablando, pero no profundiza mucho.
Como han sugerido muchos carteles, el propósito del Cerebro Matryoshka es usar los diferenciales de temperatura entre cada capa como un motor de Carnot para impulsar la siguiente. En términos de temperatura, esencialmente eliges una órbita y calculas la temperatura efectiva de un objeto expuesto a la luz del sol allí (si el centro es una estrella como el Sol, entonces a 1AU, tienes nuestra temperatura. El calor que irradia la capa inferior proporciona la energía térmica para alimentar el siguiente nivel Las capas correspondientes a Venus, la Tierra y Marte probablemente serían donde preferiría vivir una vida basada en el carbono.
Entonces, si estoy entendiendo que use correctamente la capa central de este mundo creado como una bola de plasma administrada, luego determine la distancia para ingresar a la habitabilidad de mi civilización y la distancia en el extremo máximo de eso. ¿Y no hay necesidad de una regulación adicional? ¿Qué pasa con la energía que recibe de la estrella (digamos a una distancia de 1 AU)? ¿Afectaría eso a los cálculos? ¿Tener un generador de plasma de núcleo central que produzca energía expandiéndose y el sol poniendo energía?
La radiación solar que cae sobre la superficie exterior afectará la eficiencia con la que se puede usar esa capa para irradiar hacia el espacio (el lado oscuro obviamente será más eficiente para irradiar calor que el lado iluminado). No tengo claro por qué cree que usar una bola de plasma artificial será más eficiente que simplemente englobar el Sol con varias capas, pero si ese es su plan, entonces el "cerebro" debe construirse cerca de la órbita de Neptuno para limitar el exterior. insolación.

Respuestas (4)

Desea congelar las capas exteriores y hornear las capas internas. Ese es todo el punto de un Cerebro Matryoshka. El objetivo es poder crear un motor de Carnot de etapas múltiples con una gran cantidad de etapas y una eficiencia increíblemente alta. Esto requerirá implícitamente capas internas calientes y capas externas frías.

Lo único que no haces es poner rejillas de ventilación masivas para dejar salir el calor. Si hace eso, no está obteniendo trabajo de su diferencia de calor. Pasas todo el calor a través de motores térmicos.

Si desea minimizar este efecto, mantenga todas las capas en distancias orbitales de rango medio. El sol produce una cantidad fija de energía por segundo. Si tiene un radio interior más grande, esa energía se distribuye más ampliamente, lo que facilita el manejo de la calefacción. Asimismo, los radios exteriores pequeños ayudan a minimizar el enfriamiento hacia el espacio.

Sin embargo, tendrás que ver qué tan eficiente quieres ser. La eficiencia de un motor de Carnot, de etapas múltiples o de una sola etapa, se rige por la relación entre la temperatura del disipador frío y el disipador térmico. Si su capa interna no está realmente cerca del sol (calentándose), limita su eficiencia máxima.

Esta es una excelente respuesta para un Matryoshka Brain ( en.wikipedia.org/wiki/Matrioshka_brain ) por lo que puedo decir. Sin embargo, mi pregunta no se trata de Matryoshka Brains sino de Matryoshka Worlds o Habitats. Se trata de la regulación de la temperatura entre diferentes capas de un mundo creado donde la gente viviría en la superficie de cada capa del mundo. Un análogo a esto sería el Video Game Septerra Core, donde hay siete World Shells con continentes que pasan sobre continentes que están debajo de ellos y conducen hacia el interior del núcleo. ¿Cómo sugieres que aclare mi pregunta?
Ah. ¿Qué diferencia de temperatura puede aceptar desde la primera capa hasta la última?
Agregaré eso, para la habitabilidad común de los arácnidos, específicamente seres como arañas. No quiero ser demasiado humanista con este grupo.
@GuidingOlive Septerra core ya responde a su pregunta. Las capas superiores son un desierto, la parte superior es un desierto polar, la segunda es un desierto y la parte inferior es una jungla cálida y oscura con plantas que compiten por la poca luz disponible y el calor proveniente de la lava en el núcleo mismo.

Esto se ha dicho en algunos de los comentarios a las respuestas, pero nadie lo ha dicho directamente:

¿Por qué una civilización capaz de producir una Esfera de Dyson requiere este despilfarro?

Si es un proyecto de vanidad, porque el Imperator quiere construir uno, claro, no hay problema. Pero la superficie interior (o exterior, según el tipo de estrella) de una esfera de Dyson se puede disponer para que esté a una distancia de la estrella que la haga habitable. Si está así dispuesto, se tiene una superficie equivalente a quinientos cincuenta millones de Tierras.

La presión demográfica no será un problema durante al menos 25 generaciones, suponiendo que no haya control demográfico. (Suponiendo que se duplique la población por generación, con el valor de una tierra de personas para comenzar).

Es un espacio imposiblemente vasto para llenar... y, lo que es más importante, en comparación con el elaborado juego de trileros que es el planeta propuesto, ya han construido uno .

La gravedad podría ser un problema potencial si vives en el interior, o con ciertos tipos de estrellas, pero esto podría superarse con suficiente ingeniería, siempre que tu civilización tenga acceso a algunos materiales notables (que deberían tener de todos modos).

¿Por qué lo necesitan? Como dijiste, ya construyeron la esfera Dyson. ¿Y si lo construyeron hace 25 o 26 generaciones? Han tenido todas esas generaciones de "Nunca usaremos todo este espacio" para quitarle todo interés a la población para controlar su reproducción, por lo que podría ser por eso que el gobierno no ha tenido suerte en poner freno. sobre superpoblación. Han llenado su esfera Dyson y todavía van. (Se reproducen como conejitos de Energizer). Me recuerda a los discos duros de las computadoras, cuando aparecieron los más grandes y todos pensamos, nunca necesitaré tanto espacio, hasta que lo hicimos.
@Cadrac: si han llenado el área de superficie de 500 millones de Tierras, un planeta de siete capas no hará nada por su problema de población.
En este punto, se está volviendo dolorosamente obvio que no voy a obtener una respuesta sobre la regulación térmica sin cambiar por completo la historia de fondo. Entonces, ¿cómo hacemos que esta sea una mejor pregunta para obtener una respuesta? ¿Es esta una civilización de Clase I? ¿Por qué importa por qué están creando este artilugio? ¿Qué necesito reformular para obtener una respuesta que funcione hacia la regulación térmica entre las capas de un mundo de caparazón matyroshka?
@GuidingOlive: solo conviértalo en una pregunta de nivel cultural . Una civilización capaz de aprovechar toda la energía de una estrella no necesitará esta construcción, por lo que tiene que ser un "deseo". Elimina todo el contexto de "necesita más espacio para vivir", y estarás bien. Esta civilización (o su gobernante supremo, o su religión) quiere construir un mundo de caparazón poco práctico.

Sus comentarios sugieren que ya conoce Septerra Core, así que tal vez use sus soluciones.

Las capas superiores son un desierto, la parte superior es un desierto polar, la segunda es un desierto ventoso más cálido y la parte inferior es una jungla cálida y oscura con plantas que compiten por la poca luz disponible y el calor proveniente de la lava en el núcleo. No hay mucha agua en el caparazón 7, pero la humedad es alta porque el agua que cae de los caparazones superiores se convierte en niebla y vapor en los caparazones inferiores.

Las plantas tienen que emitir su propia luz para atraer insectos para polinizar, haciendo que el caparazón inferior brille para las personas en los caparazones 5 y 6. El caparazón 3 se convierte en una zona templada, ubicada lo suficientemente alta para recibir el sol, pero lo suficientemente baja para obtener agua adicional de las 2 conchas anteriores.

Shell 5 probablemente tendrá la mayor cantidad de personas, ya que pueden extraer recursos del núcleo con bastante facilidad, recolectar agua de las capas superiores fácilmente y aún recolectar suficiente luz solar para la agricultura.

Shell 3 tendrá menos acceso a los recursos, pero una agricultura más fuerte. Esto significa que el caparazón 4 probablemente se convertirá en un centro comercial entre el caparazón 5 y el 3.

Desea aislar la capa exterior y dejar que el calor pase a la capa interior.

La capa exterior tendrá una temperatura dominada por el frío del espacio, algo así como -270C. Hace mucho frío. El calor va a fluir constantemente a través de él. Debe asegurarse de que la energía de 1 estrella pueda pasar a través de esta capa a una velocidad que conserve el mínimo de -5C que menciona. Es probable que esto implique controlar la conductividad de la capa exterior y posiblemente incluso colocarle aislamiento.

Querrás hacer algo similar para la capa interior. Va a estar de cara a la estrella todo el día , por lo que hará mucho más calor que nuestro entorno actual con sus transiciones entre el día y la noche. Probablemente también deba colocar aislamiento aquí, pero podemos abordarlo de manera diferente.

El verdadero truco es conseguir que la resistencia térmica de las capas internas sea baja. Piense en ello como 7 capas de cobre intercaladas en espuma de poliestireno. No importa cómo caliente o enfríe las capas exteriores de la espuma de poliestireno, las 7 capas conducen el calor rápidamente de una a otra, por lo que todas tienen una temperatura relativamente similar.

Elegiría hacer esto erigiendo lentes Fresnel gigantes sobre la capa interna que enfocan una gran fracción de la luz a través de agujeros relativamente pequeños en la capa. Si cubriera el 50% del área de esta manera, solo el 50% de la luz caería sobre la capa interna (la parte que no estaba cubierta). La luz restante podría pasar a través de los agujeros, lo que haría que la capa interna pareciera una constelación gigante de estrellas, con cada agujero proporcionando algo de la luz del sol a la siguiente capa. Esto le permitiría mover rápidamente el calor de una capa a otra sin desperdiciar grandes cantidades de superficie. También significa que puede tener luz natural en la segunda y tercera capa, lo cual es una buena ventaja.

Ahora estamos cocinando. Sin embargo, esto sigue siendo un poco demasiado centrado en las estrellas. ¿Debo aclarar más que este mundo no está cubriendo mi esfera dyson? Este es un mundo que está construido en una órbita alrededor de la estrella que no choca con ningún otro cuerpo celeste importante ni altera significativamente las órbitas de ningún otro mundo. ¿O sería más adecuado ser un mundo que cubra la esfera dyson? De acuerdo, el mundo natal del imperio tendría que migrar a ese mundo para que no se congelen en ausencia de una estrella que los caliente.
Espera... ¿tienes una esfera Dyson en pleno funcionamiento, y un simple mundo del tamaño de un planeta va a aliviar la presión de tu población?
Varios mundos de tamaño planetario, uno dentro de otro pero eso sí. Mira, no soy científico, soy escritor. Esta civilización ha construido una esfera Dyson que funciona (tal vez funciona con una eficiencia del 1%) y está lejos de su próximo vecino solar (como lo estamos nosotros). Su población ha estado utilizando hábitats rotativos, pero se necesita una solución a mayor escala. Actualmente reclama (y tiene un derecho razonable sobre) su sistema solar. Pero es más una tirita que un alivio.
Yo diría que la respuesta correcta es "los ingenieros ubican la vivienda adicional donde sea conveniente". Depende de su construcción. Pero me gustaría señalar que si vivieras en 3 mundos similares a la Tierra, y tuvieras una esfera dyson que funciona al 1% de eficiencia y consumes ese 1% en los planetas, eso es 1.276 ⋅ 10 24 W de energía a disipar por planeta. Actualmente el sol proporciona a la Tierra 1.74 ⋅ 10 17 W de poder. Tus tres planetas necesitan hundirse casi 10 , 000 , 000 veces más calor en el espacio que la Tierra hoy! Esas son algunas capacidades de ingeniería increíbles.
Si eres una civilización de clase II de Kardashev, básicamente estás obligado a vivir distribuido en una esfera de disón o en una colección masiva similar de estructuras o en toda la galaxia, o nunca disiparás todo ese calor residual. Es demasiada energía para un puñado de planetas.
¡Excelente! Ahora puedo comenzar a reducir el enfoque para representar mejor cuán masiva sería esta megaestructura. Entonces, para disipar esta cantidad de energía, escalamos la estructura. En lugar de ser del tamaño de un planeta, ¿y si fuera del tamaño de Júpiter? El problema de la superpoblación no es solo este planeta y su colección de 100-1000 hábitats rotativos, sino este sistema solar de la mayoría de su banda habitable del espacio, ¿no? ¿Sería suficiente este tamaño de megaestructura escalada para disipar los desechos al ingresar energía en las muchas capas de las capas del mundo y luego cómo se regularía ese calor entre sí?
Eso en realidad conduce a lo que puede ser una excelente pregunta de seguimiento. Tus capas no tienen que ser homogéneas. Puede tener una industria de alto consumo de energía en la superficie y una vivienda de baja potencia/baja temperatura debajo, u otros enfoques similares. Ahora llegamos a un problema de creación de mundos realmente divertido: cómo estructurar mejor el uso de 10 24 W de potencia tal que el calor generado por su uso sea más fácil de disipar. Me sentiría incómodo abordando eso en esta pregunta (desplazamiento del alcance), pero puedo pensar en algunos creadores de mundos en este sitio que realmente disfrutarían esa pregunta.
No te preocupes. Habrá mucho más para dar seguimiento a este proyecto. Tengo bastantes preguntas sobre esta megaestructura y los procesos que serían necesarios para tener una vivienda científicamente válida de tal escala. Es una razón principal por la que comencé con la regulación de la temperatura.
Una cosa que puede ayudar: identifique cuántas personas cree que deberían poder vivir en esta megaestructura y qué tan densas deberían ser (personas por kilómetro cuadrado). Puede comparar sus números de densidad con los de cosas como "ciudades urbanas" para tener una idea de cuán realistas son. Con esos números, puedes calcular qué tan grande debe ser el objeto. ¡También será útil más adelante cuando comience a ver cómo gobernarlo!
También ayudará a responder la pregunta "¿por qué múltiples capas? ¿Por qué no un solo planeta más grande?" Las densidades y la forma en que su gente vive sus vidas afectarán qué formas son aceptables.
Si tiene presiones de población en una esfera Dyson, no hay forma de que ningún tipo de solución planetaria sea de utilidad. Como se indica en la respuesta de jdunlop, estamos hablando de un área de superficie de cientos de millones de Tierras. Los "mundos de varios planetas" no serían de ninguna utilidad para aliviar la presión demográfica sobre una estructura tan enorme. Necesitas más esferas Dyson. No tendrá más remedio que construir sus capas adicionales por encima y por debajo de su esfera existente.
Creando un mundo de Matryoshka Shell: regulación de la temperatura
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