¿Qué podría hacer que las formaciones rocosas (piedras pequeñas, cantos rodados, islas...) levitaran?

Ves esto en bastantes películas / libros (piensa en avatar). ¿Cuál podría ser una explicación física razonada de tal fenómeno? ¿Esta explicación impactaría otras cosas en un planeta?

Como la mayoría de las cosas en la naturaleza, supongo que podría provenir de una combinación de muchos factores. Repelente magnético (sugerido por @smithkm), organismos retenedores de hidrógeno, aire de alta densidad, roca de baja densidad (como proyecciones porosas volcánicas)... ¿qué más podría contribuir para que fuera suficiente?

Se sugirió una baja gravedad, pero implicaría que el aire en sí mismo proporcionaría menos sustentación a los objetos, por lo que no ayudaría a nuestras rocas a volar.

¿Necesita rocas reales o simplemente una plataforma flotante similar a una roca para montar escenas?
Cualquier tipo de suelo flotante que pudiera albergar vida era el primer deseo.

Respuestas (8)

Usando la física actualmente conocida es esencialmente imposible.

Sin embargo, para pasar a reinos más especulativos, si postulara un material que se repeliera a sí mismo de manera similar a los campos magnéticos opuestos, podría generar "rocas flotantes". El material necesitaría no repelerse cuando se mantuviera unido, pero partes del mismo actuarían para repelerse entre sí.

Ahora siembra secciones de ese material a través de la roca convencional y donde la concentración fuera lo suficientemente alta, haría que se separaran. Sin embargo, esto sería inestable y las rocas tenderían a moverse y caer y eventualmente caer al suelo si encontraran un área sin sembrar con el material, por lo que esto no nos da lo que queremos.

Eso tiene una serie de problemas, así que veamos un enfoque diferente que evite los problemas de repulsión. Vayamos un paso más allá y digamos que el material genera una fuerza que "bloquea" secciones del mismo. Entonces, por ejemplo, hay un volcán que entra en erupción que contiene este material, sale y se enfría. El bloqueo magnético es un fenómeno real que ocurre con los materiales superconductores y las líneas de fuerza magnéticas, aunque todavía permite que el superconductor se mueva a lo largo de las líneas de fuerza. Sin embargo, digamos que esta fuerza hipotética va un poco más allá.

A medida que se enfría, las líneas de fuerza se unen y todos los trozos de este material hipotético se bloquean entre sí.

Ahora ocurre la erosión, los animales, la vegetación y la roca comienza a desgastarse. Pero el material mantiene su posición. (Claramente, es más duro que la mayoría de las rocas, por lo que dura más).

Eventualmente, terminas con islas flotantes aisladas con vegetación que crece en ellas, todas en posición y estacionarias.

Órbita geoestacionaria cercana a la superficie

Se pueden lograr rocas perfectamente inmóviles o que giran lentamente suspendidas sobre un punto en la superficie de un planeta, y se pueden encontrar en la naturaleza, aunque son raras. Sin embargo, dado que esta explicación solo funciona en un planeta sin atmósfera (o solo funciona para rocas sobre la atmósfera), puede no ser útil para la construcción del mundo si una atmósfera es una parte integral del mundo. Sin embargo, aún podría ser de interés para construir un mundo en un planeta rocoso sin atmósfera con algunos hábitats cerrados repartidos por donde reside la vida. También podrías imaginar un mundo donde solo hay atmósfera en los cañones, y encima de los cañones se pueden ver formaciones de roca suspendidas.

El principio de la órbita geoestacionaria se utiliza para colocar satélites de comunicaciones en un punto fijo del cielo. Una roca en órbita geoestacionaria se puede fijar sobre un punto en la superficie del planeta y puede estar siempre mirando hacia el mismo lado del planeta o girando lentamente en relación con el planeta. La restricción es que estas rocas solo pueden estar directamente sobre el ecuador, en un radio orbital muy específico.

Comportamiento de la superficie

Un planeta que gira lo suficientemente rápido como para permitir una órbita geoestacionaria cerca de la superficie tendría efectos secundarios extraños. Cualquier objeto en reposo en el ecuador se movería a una velocidad cercana a la velocidad orbital. Tendría peso pero mucho menos que objetos similares en los polos. Un planeta que se formó girando tan rápido sería aplanado, con el ecuador a mayor altitud. Un planeta girando a esa velocidad después de solidificarse como una esfera daría como resultado que cualquier objeto al norte o al sur del ecuador experimente una fuerza hacia el ecuador, lo que resultará en un desplazamiento de rocas sueltas hacia el ecuador. Si la altura de la órbita geoestacionaria estuviera justo por encima del nivel del suelo, esto podría dar lugar a que las rocas encontraran su camino hacia la órbita simplemente desplazándose hacia el ecuador y luego acumulándose.

Requisitos

La derivación de la altitud geoestacionaria da como resultado

r = GRAMO METRO ω 2 3

Para disminuir el radio orbital (y por lo tanto la altitud), se debe disminuir la masa del planeta o se debe aumentar la velocidad angular. Entonces, para encontrar rocas en órbita geoestacionaria cerca de la superficie, necesitaría mirar planetas (o lunas) pequeños y de giro rápido.

Rocas mucho más grandes

Dos planetas rocosos de tamaño similar que se orbitan entre sí tenderían a disminuir su rotación debido a las fuerzas de las mareas, hasta que se bloqueen por mareas , uno frente al otro. Cada uno tendría entonces una enorme roca suspendida directamente sobre un punto de su superficie. Sin embargo, sospecho que esto no es lo que quisiste decir ... Si lo permites, entonces hay un ejemplo similar cerca de casa. La luna de la Tierra gira a la misma velocidad a la que orbita, presentando (casi) el mismo lado de la Tierra. No es del todo perfecto debido a los efectos de la libración , por lo que si te paras en la luna y miras hacia el cielo, la Tierra no está fija en su lugar, sino que su movimiento está restringido a una pequeña región del cielo. En la luna, hay una enorme roca flotando en el cielo, pero no se queda quieta del todo...

Esta es una respuesta genial. Absolutamente no es lo que esperaba. Voy a abrir una pregunta sobre esto: worldbuilding.stackexchange.com/q/339/90
¡Gracias! Me encanta esa nueva pregunta, y es fascinante ver las respuestas con mucho más detalle de lo que tengo aquí.
Si te gusta la idea de bloqueo de marea, hay un libro llamado Flight of The Dragonfly / Rocheworld, una gran parte del cual se desarrolla en un par de planetas bloqueados por marea que comparten una atmósfera.

Este es un tropo que he usado antes, y probablemente lo haré de nuevo, y en cada caso único, nunca he tratado de explicarlo como algo más que magia, dado que es tan poco probable que ocurra en el universo real científicamente explicable que no puede ser otra cosa que magia.

Con un campo magnético lo suficientemente potente y una gran cantidad de material superconductor en su núcleo, la roca puede flotar, pero estamos hablando de suficiente magnetismo como para quitarte el reloj de la muñeca, y sería un entorno muy inusual para producir eso. mucho superconductor a temperatura ambiente.

Otra posibilidad es que lo que parece ser roca sea en realidad una capa muy delgada sobre una forma de vida capaz de producir hidrógeno en cantidades suficientes para que pueda flotar usando celdas de gas llenas de hidrógeno. El hidrógeno es mucho más probable que el helio, ya que el hidrógeno es bastante reactivo y, por lo tanto, es más fácil de manipular por una forma de vida que el helio, que es inerte. Tiene la ventaja añadida de ser más flotante.

¿Qué pasa si es (como la mayoría de las cosas en la naturaleza) una combinación de muchos factores? Repelente magnético (sugerido por @smithkm), organismos que retienen helio, ¿qué más podría contribuir?

Basado en la ciencia, necesita que las fuerzas hacia arriba sean iguales a las fuerzas hacia abajo.

Las fuerzas hacia abajo son fáciles: se pueden resumir como gravedad. Haciéndolos puntos más pequeños a materiales de baja densidad y mundos de baja gravedad. La baja densidad no solo involucra minerales de baja densidad sino también gas incrustado en huecos.

Las fuerzas hacia arriba necesitan mucha ayuda para alcanzar el nivel de la gravedad, incluso uno reducido como se explicó anteriormente. Para estos, puedes usar:

  • Ascensor aerostático, más grande cuanto más denso es el aire.
  • Repelente magnético. Esto tiene el problema de que el magnetismo es bipolar: cada roca tendría un polo norte y un polo sur, y si está flotando debido a la repulsión pero de alguna manera gira hacia arriba y hacia abajo, será atraída al suelo con una fuerza adicional. Y estos rechazos son bastante comunes, casi inevitables.
  • Corriente de aire ascendente. En realidad, estos son capaces de sostener cosas más pesadas que el aire, como alas delta, pero la mayoría de estos necesitan movimiento para funcionar.
  • Repelente electrostático. Similar al repelente magnético, pero en este caso se pueden cargar cantos rodados en una sola señal. Si esto es lo mismo que el suelo, levitarán. Pero provocará toneladas de efectos secundarios, desde cabello erizado hasta descargas eléctricas (rayos).
Estaré encantado de actualizar la lista de fuerzas ascendentes con cualquier contribución.
tal vez pueda agregar los materiales de baja densidad en su sección de "elevación aerostática" y los "superconductores cuánticos bloqueados en un campo magnético" en la lista. Los efectos secundarios (mencionados para el "repelente electrostático") son una cosa bastante impresionante para tener allí también en mi humilde opinión.
También existe la posibilidad de que la propia piedra genere algún tipo de empuje. Esto podría ser algún tipo de sistema de tubos a través de la roca que calientan el aire en ella y hacen que sea expulsado a través de estructuras similares a boquillas en la parte inferior, con aberturas de entrada en la parte superior o en los lados. O podrían ser organismos que descomponen sustancias en la roca (bicarbonato de sodio, por ejemplo), y los gases son expulsados ​​a través de respiraderos/boquillas que miran hacia abajo.

Lo único que se me ocurre que remotamente se acerca es la combinación de un superconductor y un imán poderoso, pero incluso si hubiera bultos gigantescos de superconductor e imanes permanentes inmensamente poderosos que ocurrieran naturalmente. No podrías hacer que levitaran muy alto si pudieras hacer que funcionara.

La elevación aeroestática de un gas de baja densidad o bolsas de vacío no funcionaría. El hidrógeno realmente no levanta las cosas, simplemente no es empujado hacia abajo tan fuerte como el aire que desplaza (es menos denso) y ese aire más pesado que es empujado hacia abajo es lo que realmente produce la elevación aeroestática. Necesitarías que la "roca" pesara lo mismo que un volumen igual de aire, pero la roca es mucho, mucho, mucho más densa que el aire. Tendrías que hacer que la "roca" sea una burbuja alrededor del elevador de gas o vacío, con paredes tan delgadas que probablemente se rompan al instante. La baja gravedad no ayudaría, ya que también reduciría el peso del aire en la misma cantidad, lo que no produciría cambios en la flotabilidad.

En realidad, no es parte de la respuesta, pero las rocas voladoras son magia pura y, en realidad, ese es el punto. La magia puede disfrazarse con un escaparate científico, pero sigue siendo magia, y el objetivo es ser mágico.
¿Qué pasa con (estoy pensando en esto ahora) plantas o bacterias, algún ser vivo incrustado de forma generalizada en el suelo y que emite (o recolecta) gas muy ligero (helio)? ¿Eso lo solucionaría?
@FlorianPellet, no a menos que la gravedad del mundo fuera muy baja...
¿Qué tan bajo entonces? ¿Hay matemáticas? ¿Sabes esto? ¿Cuánto helio por metro cúbico de roca necesitas para la levitación?
La sustentación aeroestática es proporcional a la gravedad. Es realmente sólo el peso del aire. Entonces, menos gravedad significa que el aire pesa menos y deja menos objetos en él. Además, cualquier organismo capaz de producir helio necesitaría tener un metabolismo basado en la fusión nuclear. Si desea revisar su pregunta, edite la pregunta en lugar de responder en los comentarios.
Entonces, ¿qué pasa con una formación rocosa muy fuerte pero ligera (como una especie de fibra de carbono natural) en una estructura porosa?
@FlorianPellet: la piedra pómez es exactamente eso, en relación con el agua. Si el "aire" fuera más denso que la mezcla que tiene la Tierra, más cosas flotarían sobre él.
@Bobson, el aire tendría que ser un par de órdenes de magnitud más denso que el nivel del mar de la Tierra para tener un efecto apreciable incluso en la piedra pómez. Eso tendría algunos efectos bastante extremos, como una presión atmosférica inmensa, y causaría un nivel significativo de flotabilidad. La presión probablemente aplastaría la piedra pómez a menos que el gas en las burbujas esté bajo una presión similar y, por lo tanto, probablemente sea significativamente más denso que la piedra pómez de la Tierra, lo que conduce a un circuito de retroalimentación positiva. La piedra pómez no flota en el agua si está completamente llena de agua.
@smithkm - La atmósfera a nivel del mar de Venus es unas 92 veces más densa que la de la Tierra. Y tiene razón sobre la piedra pómez empapada, pero si tuviera una capa de un gas más liviano sobre una capa de uno más pesado, el equivalente de piedra pómez podría flotar en esa capa límite y estar "volando".
Todo esto es muy útil. Intentaré hacer los cálculos para ver los números involucrados. ¿Alguien quiere resumir todo en una respuesta?

Cualquier tipo de suelo flotante que pudiera albergar vida era el primer deseo.

Eso es más fácil que las rocas.

Mundo del tamaño de Marte que orbita alrededor de un gigante gaseoso. Para terraformarlo, la masa de la atmósfera de los gigantes gaseosos es expulsada, convertida en plasma y arrojada a la luna. La atmósfera es principalmente helio y grandes cantidades de fluorocarbono para crear un efecto invernadero y mantener la atmósfera durante unos cientos de miles de años. La densidad atmosférica es 2-3 veces mayor que la de la tierra, pero en su mayor parte es inerte, excepto por las trazas de nitrógeno, CO2 y oxígeno, que a esas presiones se respira fácilmente en pequeñas cantidades.

Los problemas se encuentran a medida que el planeta se calienta porque grandes cantidades de CO2 y hielo son parte de la geología estructural en un planeta que nunca se ha descongelado. A medida que se calienta, el suelo se agita, entra en erupción y se desliza aleatoria y catastróficamente en flujos piroclásticos que aplastan y asfixian a todos los seres vivos. El mismo efecto hace que un gran sumidero repentino se derrumbe repentinamente. Las áreas más bajas pueden inundarse con CO2 asfixiante que fluye desde las tierras altas sin previo aviso.

Los vientos de tierra son muy peligrosos. Los vientos acumulan 2-3 veces el golpe cinético que la misma velocidad del viento en la tierra. Peor aún, la baja gravedad hace que sea más fácil recoger polvo e incluso guijarros. Afortunadamente, la atmósfera espesa transfiere el calor de manera eficiente, por lo que tales tormentas tienden a estar localizadas.

La superficie es demasiado peligrosa para vivir permanentemente.

La gravedad terrestre 1/3 y la atmósfera 2-3 veces hacen que el vuelo sea mucho más fácil. La solución para el colono es diseñar organismos similares a plantas que crezcan hasta convertirse en globos flotantes. A veces atada, otras veces flotando. Su flotabilidad proviene de tener helio puro en su interior que calientan con la radiación solar. No ganan mucha altitud solo lo suficiente para decir sobre el paisaje caótico.

Aunque son similares a las plantas, tienen algunos atributos animales al necesitar sentir el entorno y moverse en consecuencia.

Tienen una larga cola de zarcillos livianos que usan para anclarse cuando es necesario, pero los mantiene estables el resto. En la parte superior tienen forma de disco con celdas de gas que irradian como grandes pétalos de flores. El pétalo proporciona una fotosíntesis compacta al emplear toda la membrana exterior como cromoplasto. La forma plana proporciona apoyo activo en la atmósfera densa y en el viento proporciona sustentación. Allí, el centro superior forma una forma de cúpula convexa o una forma de cuenco cóncavo.

Se parecen un poco a un girasol con hojas verdes translúcidas muy grandes y bastante gruesas que sobresalen. Pueden alcanzar el tamaño de un gran estadio deportivo con un área de cúpula de 300 metros de diámetro y 600 metros de celda de elevación en forma de hoja que irradia hacia afuera.

En la forma de cúpula o cuenco, hay un liquen que sirve como un suelo/anclaje delgado pero efectivo para varias especies de plantas. Los humanos viven y cultivan en las "islas".

Vuelo en la atmósfera espesa es muy fácil. Los humanos casi pueden aletear desde el suelo con alas grandes (pero no del todo). Las aeronaves necesitan bolsas de gas solo un tercio de las que hay en la Tierra. Las alas también son pequeñas. Las máquinas de vapor proporcionan suficiente energía para el vuelo. El planeador funciona muy bien, puede cubrir largas distancias y transportar cargas útiles bastante significativas.

El suelo es traicionero y cambiante, con vientos aulladores. La mayoría de los humanos se quedan en el cielo, cultivando las islas y viajando por aire. Bajando a la superficie solo para minar y construir industria pesada. Las personas que se las arreglan en el suelo son nómadas y dependen cada vez más de las incursiones, ya que no pueden permanecer en un lugar el tiempo suficiente para plantar o construir nada.

Ahí tienes, isla flotante que se sentiría como una roca cuando te pararas sobre ellos. Aeronaves propulsadas por corriente, tierra caótica y cambiante debajo, bárbaros locos al acecho.

No hay una BUENA manera de hacer esto con la física que conocemos:

1) rocas de baja densidad: muy difícil ya que un sólido es mucho más pesado que un gas en todos los casos. Las mejores excepciones son los huecos atrapados o gases más ligeros en las rocas. Sin embargo, las rocas están hechas de sílice, que es demasiado densa y porosa. Una pequeña cantidad de éxito podría ser posible al tomarse libertades con la química de los geopolímeros y pretender que es realmente como un polímero.

2) materiales superconductores: son raros, de baja temperatura y requerirían campos increíblemente fuertes para inducir la levitación

3) corriente ascendente: no es realmente lo que querías, ¿verdad? requeriría vientos increíblemente fuertes en exactamente un área para evitar que se mueva en una dirección particular

4) elevación sónica; increíble, pero requeriría la formación de vibraciones muy consistentes exactamente de la manera correcta y ser muy consistente

5) antigravedad; para escenarios de fantasía/ciencia, esta suele ser la mejor opción, ya que facilita las nuevas tecnologías. Se podría describir un material ficticio natural que juega con la falta de comprensión de la gravedad cuántica para que sea opaco a los campos gravitatorios (los primeros hombres en la luna junto a los pozos), ignore la gravedad bajo ciertas condiciones (creo que Edge Chronicles hizo esto cuando las rocas estaban caliente), o un mal uso del término antimateria actuando como si fuera un material que repele la materia.

Reacción química en algunas formas cortas.

Me explico: si las piedras pequeñas son de algún tipo liviano (volcánicas o similares) y de alguna materia química activa, es posible que se levanten por un breve tiempo cuando reaccionan con algún otro líquido o sustancia química. Podría haber una quemazón que los impulsara o el calor acumulado quedara atrapado en la piedra (todavía hablando de piedra volcánica con golpes árticos de esponja) y levantarlos como pequeños globos de aire caliente.

en Ejemplo: En la superficie de la piedra, una alfombra de musgo impide que el aire salga de la piedra. En sí misma, la piedra pesa cerca de algunos gramos, el musgo también. Entonces el fondo de la piedra comienza a reaccionar a algo y se calienta. El gas caliente entra en la Piedra. De lo que la piedra podría levantarse durante unos segundos antes de que su parte superior más pesada gire y vuelva a caer al suelo.

Así que tienes un poco de levitación. Muy especulativo pero también más probable que la magia;) (si encuentras rocas químicas muy ligeras en las que al musgo le gusta descansar)