Vraag:
Wat is het grootste van nature voorkomende lichaam dat kan worden uitgehold en veilig kan worden geleefd?
James Jenkins
2013-07-26 20:05:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Sommige voorstellen voor leven in de ruimte zijn het vinden van een asteroïde die een vast stuk van iets is (bijv. nikkelijzer), deze uithollen, op een luchtsluis slaan en je hebt een huis. Voeg een schijf toe en je hebt een ruimteschip. Natuurlijk is de realiteit wat complexer, maar het idee heeft zijn verdienste.

Afgezien van spin- en stuwkrachtkrachten (veel te veel variabelen voor een simpele vraag), wat is het grootste van nature voorkomende ruimtelichaam dat weten we of kunnen redelijkerwijs veronderstellen dat het bestaan ​​ervan zou kunnen worden uitgehold, gevuld met lucht op een comfortabel menselijk bereik en waarin geleefd kan worden?

Het is gemakkelijk genoeg om een ​​asteroïde voor te stellen die in wezen de ijzeren kern is van een planeet, dus het is redelijk om aan te nemen dat dat een optie zou kunnen zijn. Ook een planetoïde ter grootte van of nabij de grootte van onze maan zou denkbaar een kern kunnen hebben die voldoende is afgekoeld om naar het midden te tunnelen en een holte te creëren. Onze maan die in een baan om de aarde draait, heeft aanzienlijke getijdenstress (waarschijnlijk houdt de kern warm) en zou dus geen kandidaat zijn. Hoewel een identiek lichaam in een baan om de zon, of een interstellair traject, een kandidaat zou kunnen zijn.

Bewerken om de reikwijdte te verduidelijken dacht ik, met een planetoïde in een aanzienlijke zwaartekrachtbron (zoals de maan of aarde), zou alle massa op het lichaam achterblijven. Met een klein lichaam zouden "gedolven" materialen waarschijnlijk worden verkocht of uitgeworpen. Sommige materialen van het lichaam of een externe bron zouden worden gebruikt voor het afdichten van &-ondersteuning. Voor deze vraag definieer ik hol als een in wezen belemmerd zicht op het interieur, zoals het geval zou zijn met een Dyson Sphere. Dwarssteunen zouden praktisch zijn in een klein lichaam van een paar honderd meter (hoewel dit in strijd zou zijn met de definitie van hol zoals hier gebruikt). Voor een holte gemeten in honderden kilometers, zouden dwarssteunen onpraktisch zijn om dezelfde reden dat een ruimtelift onpraktisch is; er zijn geen redelijke middelen om met voldoende sterkte te overspannen, zonder dat dit resulteert in honingraatvorming of tunnelvorming.

Ik zie niet echt in waarom hier een bovengrens voor is. De aarde kan worden uitgehold. Een Dyson Sphere is in wezen hetzelfde ...
@PearsonArtPhoto Ik dacht erover na (gegeven een koele kern) zou je in wezen een zwaartepunt zonder zwaartekracht hebben, maar het lijkt erop dat als je de kern natuurlijk zou laten, het de neiging zou hebben om in elkaar te zakken als een mijnschacht zonder daksteunen. Een Dyson Sphere gaat uit van materiaal dat is aangepast aan de stress. Ook is het onwaarschijnlijk dat een lichaam dat te klein was, zeg maar een asteriode dat een natuurlijke verzameling van kleinere stukjes was, met voldoende kracht is gevormd om bij elkaar te blijven met enige inwendige naar buiten gerichte kracht.
De definitie van "hol" kan worden uitgerekt om steunen te omvatten, en zelfs een binnenkern intact te laten. Specificeer alstublieft wat er met "hol" wordt bedoeld - er zijn maar heel weinig civiel-ingenieurs die een uitnodiging om te experimenteren weigeren als ze onbeperkt gefinancierd worden.
Een ding waar we rekening mee moeten houden is dat wanneer je een hemellichaam uitholt, je ook het grootste deel van zijn massa verwijdert, wat betekent dat de zwaartekrachten op de buitenste schil een stuk kleiner zullen zijn. Beantwoordt de vraag niet echt, maar ik dacht dat het misschien ontbrak in het "grote plaatje" om het echt voor te stellen. En we kunnen ook niet aannemen uit welke materialen de buitenschaal zou worden gemaakt (vereiste dikte, de treksterkte, ...), dus alle berekeningen zullen op zijn best argumentatief zijn. : |
Hmm. 16 Psyche http://en.wikipedia.org/wiki/16_Psyche is de meest massieve m-type asteroïde. Misschien kan het worden uitgehold door een of ander smeltproces, waardoor er slechts een dunne schaal overblijft, en vervolgens wordt rondgedraaid om kunstmatige zwaartekracht te genereren. Ik vraag me af wat de zwaartekrachtgradiënt van top tot teen zou zijn, uitgaande van bijvoorbeeld 0,9 - 1 G aan de voeten. Ik vraag me ook af of het gemakkelijk zou zijn om het luchtdicht te maken, vooral als het door het smelten is uitgehold.
@TildalWave Het hangt ervan af hoe je het uitholt. 1) Boor een schacht in het midden van een asteroïde en hol de kern uit. 2) vul de kern met bevroren vluchtige stoffen. 3) vul de schacht op met het materiaal dat is verwijderd tijdens het boren, waardoor een stevige afdichting ontstaat tussen de asteroïde en het vervangende materiaal over de gehele lengte. 4) Verwarm de asteroïde symmetrisch tot zijn smeltpunt, beginnend aan het oppervlak en doorgaand tot de smeltzone de vluchtige stoffen in de kern bereikt, waardoor deze uitzet als een ballon. - Zodra de schaal opnieuw stolt, heb je een holle bel met een vergelijkbare massa als het origineel.
@TildalWave Ik kan geen aanspraak maken op originaliteit; Ik heb het idee gestolen uit de Troy Rising-serie van John Ringo (en hij heeft het ergens anders vandaan gestolen ...). Ik zal zien of ik het later vanavond uitgebreider wil opschrijven.
@DanNeely Ik dacht dat de meeste nabije asteroïden vrij verstoken waren van vluchtige stoffen. Ik kan je hier een referentie voor geven, maar een artikel dat ik me herinner, betoogde dat vloeibaar water en ijs in de binnenkant van een 100 km schaal asteroïde een paar tientallen miljoenen jaren zouden meegaan. We zijn ver voorbij dat, dus ik vraag me af of je bevroren vluchtige stoffen kunt vinden om te koken ... tenzij je voorbij Jupiter gaat.
@AlanSE Ja, de vluchtige stoffen zouden van elders moeten worden gebracht; maar als je het energiebudget hebt om een ​​grote asteroïde te laten smelten, kun je ook een komeet in de mijne vangen.
Een mogelijkheid om het uit te hollen: kies een lichaam met een enorme hoeveelheid water, ver genoeg van de zon (zoals Europa). Boor door de paar kilometer ijs heen en pomp het vloeibare water vanuit het midden naar buiten.
@SF. Zou ijs genoeg kracht hebben om dit te laten werken? Zou je verwachten dat het centrum water of steen / vaste stoffen is?
@JamesJenkins: Ik weet het niet!
Ik zou deze vraag op zijn kop willen zetten - minimaal volume dat een natuurlijk voorkomend lichaam zou moeten omsluiten om woon- / werkruimte te bieden aan een bemanning van bijvoorbeeld 5, terwijl het nog steeds voortbewogen is en stralingsafscherming biedt die equivalent is aan de atmosfeer van de aarde
@Everyone zou u meer informatie nodig hebben over de woon- / werkruimte-eisen. Evenals levensondersteunende criteria en fysieke en mentale vereisten voor een bepaalde duur.
Gerelateerde vraag [Kan ijs worden gebruikt om een ​​habitat of ruimtestation te creëren?] (Http://space.stackexchange.com/questions/8371)
Twee antwoorden:
#1
+28
AlanSE
2013-07-26 21:19:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Holen

Elk groot lichaam waar je om te beginnen aan de oppervlakte kunt overleven, kan worden gebruikt voor grotten, kunstmatig of natuurlijk. Deze observatie is niet off-topic omdat je vraagt ​​naar het vasthouden in atmosferische druk. Maangrotten kunnen 1 atmosfeer druk ongeveer 60 meter onder het oppervlak vasthouden zonder de omringende rots te belasten. Ik gebruik hier heel eenvoudige wiskunde. Als je uitgaat van een dichtheid van 1 g / cm 3 , dan is 10 meter waterkolom nodig om 1 atmosfeer druk te krijgen. De maan heeft 1/6 van de zwaartekracht van de aarde. QED.

Dit is mogelijk op veel lichamen. Het is mogelijk op Ceres, Vesta, zelfs. Maar naarmate we de massa van het lichaam verkleinen, moet de grot dieper worden om 1 atmosfeer druk te behouden. De zwaartekracht in het woongedeelte neemt ook af (uiteraard omdat het een kleiner lichaam is). Er is dus maar een beperkte set waarvoor dit logisch zou zijn. Bovendien hebben veel lichamen om te beginnen een atmosfeer, dus grotten zijn daar aanvullend of nutteloos.

Een van de meest fascinerende plaatsen voor grotten is Mercurius. Dit wordt zeer goed betoogd door Jim Shifflett. Ik bedoel dat niet in de zin dat een Mercuriuskolonie de voorkeur zou hebben boven Mars of de maan (hoewel er blijkbaar onenigheid bestaat over die telling), maar ik bedoel wel dat grotten de enige manier zijn om baseerden zich op Mercurius.

Centre Caves

Laten we terugkeren naar het idee van Ceres. De centrale druk is ongeveer 200 atmosfeer van de aarde. De zwaartekracht neemt ongeveer lineair toe met de straal, dus je grotten zouden ongeveer 1 / 400ste van de straal van de dwergplaneet onder het oppervlak zijn. Je zou ook kunnen zwemmen, maar dat is een apart onderwerp. Wat gebeurt er als het object zo klein is dat de grot in het midden zou moeten eindigen?

Om te beginnen zou je geen zwaartekracht hebben. Volgens de shell-stelling zou de zwaartekracht perfect worden opgeheven vanwege de rots van de asteroïde zelf. Er is een bepaalde grootte waarbij het centrum van nature precies op 1 aardatmosfeer ligt. Dit plaatst je op een asteroïde met een diameter van ongeveer 20 km. Veel objecten van deze omvang zijn goed gecatalogiseerd en we weten er behoorlijk wat van. Gaspra is een voorbeeld. Het is ook niet rond. Nu, over dat onderwerp ...

Er is ruimte voor discussie over de vraag of het vereiste van geen structurele krachten redelijk is. Dit is het onderwerp van Planetaire differentiatie. Veel asteroïden zijn gesteente, gesmeed in het inwendige van een groter lichaam, en ze zijn alleen gescheiden vanwege botsingen. Dat betekent dat ze onder grote druk uit gesmolten materialen kunnen zijn gevormd, waardoor een redelijk samenhangend lichaam ontstaat. Dit komt eigenlijk vrij vaak voor. Over het algemeen wordt aangenomen dat de limiet voor differentiatie ruim boven het punt met een diameter van 20 km ligt, en waarschijnlijk dichter bij het bereik van 100 km. Dit weten we uit studies van manen. We hebben relatief minder informatie over vrije asteroïden, omdat manen historisch gezien een meer voor de hand liggend type object zijn om te bestuderen, en hun afmetingen zijn meer verschoven naar grotere afmetingen.

Dus om deze tirade samen te vatten, laat me dit vaststellen :

V: kun je het midden van een asteroïde van 20 km leegmaken en met gas vullen?

A: Het zou lekken, maar als je zou voorkomen dat het uit de natuurkundige wetten zeggen ons definitief "ja".

V: kun je het centrum van een asteroïde van 20 km leegmaken en deze blootstellen aan het vacuüm van de ruimte?

A: Misschien op zichzelf instorten, maar we weten het niet zeker. Het ligt dichtbij de grens van de vereiste materiaalsterkte. Het hangt ook af van de grootte van de holte die u snijdt.

Er zijn ook enkele voor de hand liggende schaalargumenten die volgen. Kun je bijvoorbeeld het centrum van een 1 km lange asteroïde uithollen en deze aan de ruimte blootstellen zonder in te storten? Zeker. We hebben een vrij goede kans dat dat werkt, omdat dat alleen de zelfzwaartekracht bestrijdt. Dat veel grotere objecten ongedifferentieerd zijn, betekent dat vreemd gevormde structuren van km-schaal hun zelfzwaartekracht kunnen weerstaan. Maar "kan" is iets anders dan "wil". Hier heb je de civiele ingenieurs voor nodig.

Zwaartekrachtballonnen

Laten we dus belachelijk worden. Wat als ik een object van 20 km zou nemen, het midden begon uit te hollen, het vulde met een afgesloten luchtzak ... en ik bleef maar doorgaan? Hoe groot kan ik worden voordat het in een grote puinhoop stort? Welnu, er is per se geen limiet.

Je hebt het probleem van natuurlijke differentiatie - dat werkt tegen je. Het wil je luchtbel opendraaien, met een lage dichtheid (lucht) aan de buitenkant en een hoge dichtheid (steen) in het midden. Maar het is om te beginnen niet gedifferentieerd, dus dat zal niet zo gemakkelijk gebeuren. Stel dat u bijna een luchtbel met een diameter van 20 km in het midden heeft uitgehold. Nu heb je bijna de hele rots verplaatst en in kleine stukjes gebroken. Welnu, studies van asteroïden hebben tuimelhoeken vastgesteld in de orde van grootte van 7% tot 14% stijging-tot-ren, hetzelfde voor zandstapels op aarde (niet verrassend). Je zou steile hoeken kunnen vermijden tijdens het herschikken van de rotsen, hoewel het idee van dynamisch falen nog steeds angstaanjagend is. Het is dus mogelijk dat je materiaal zou kunnen indringen om een ​​zeer grote hoeveelheid lucht vast te houden - allemaal zonder materiële sterkte.

Er is het detail dat de natuurlijk ondersteunde druk verandert met de grootte van de luchtbel. Maar dit volgt op zeer voorspelbare wiskunde, die triviaal is om uit te werken. De enige echte limiet is wanneer het luchtvolume zo verbazingwekkend groot wordt dat de zwaartekracht van de lucht zelf het bewoonbare bereik beperkt. Iemand heeft hier precies een sciencefictionboek over geschreven.

http://www.kschroeder.com/my-books/sun-of-suns

Nu zijn er twee grote tekortkomingen in het visioen dat deze auteur schilderde.

  1. Hij dacht dat de envelop gemaakt moest zijn van koolstof nanobuisjes. Dit is belachelijk. Je zou het kunnen maken uit een stuk rots van 10 km dik. Je hebt stabiliteitsproblemen, maar wat kan het jou schelen als je toch koolstofnanobuisjes kunt maken ...
  2. Habitats met kunstmatige zwaartekracht draaien in de vrije ruimte. Hierdoor ontstaan ​​onmogelijke sleepkrachten. Ik schreef over een redelijke manier om het te doen in een blog.

Dit is allemaal erg fantasievol. Er zijn maar 2 objecten in het hele binnenste zonnestelsel die in het midden ademlucht kunnen vasthouden - Eros en Phobos. En zelfs dat zou een dunne, zuurstofrijke atmosfeer zijn (zoals Skylab).

Het kan zijn dat het produceren van ademende lucht in de eerste plaats een grotere uitdaging is. Asteroïden in de buurt van de aarde zijn allemaal veel te klein voor het gekke plan dat ik beschreef. Maar ze kunnen ook onvoldoende waterstof en stikstof bevatten. Om de materialen voor het leven te krijgen, zou om te beginnen infrastructuur nodig zijn. Als je een plek nodig hebt om de gassen die je produceert te parkeren, zou het in kosmische zin niet te moeilijk moeten zijn.

Ik kom terug op de vraag:

wat is het grootste natuurlijk voorkomende ruimtelichaam waarvan we weten of waarvan we redelijkerwijs kunnen veronderstellen dat het bestaan ​​ervan zou kunnen worden uitgehold, gevuld met lucht op een comfortabel menselijk bereik, en waarin geleefd kan worden?

Het probleem is dat grote lichamen een centrale druk hebben die te hoog is voor mensen. Als je limiet ongeveer 3 atmosfeer van de aarde is (een redelijke biologische limiet), zou het grootste lichaam zoiets als 132 Aethra zijn, een bescheiden lichaam aan de binnenrand van de asteroïdengordel. Als je de middelste luchtbel echter groot genoeg zou maken, zou die druk dalen.

Geweldig antwoord, ik denk dat je de vraag er net mee hebt opgeslagen! Terwijl ik het las, dacht ik aan een ander obstakel - hoe groot kan een massa "in te ademen lucht" zijn, voordat het te massief wordt, een kern begint te vormen en uiteindelijk een enorme fusiereactor (een ster) wordt?
@TildalWave, het sci-fi-boek over Virga, onderzocht de hoeveelheid lucht waar het drukverschil ertoe doet - de buitenste regionen hebben ijle lucht als bergen. Dat is * nog * niet genoeg voor de lucht om zichzelf vast te houden (hij heeft nog steeds de muur nodig). Iets als de massa van Uranus zou dichter bij de limiet liggen voor een stabiel gebonden luchtmassa. Om fusie te krijgen, heb je veel meer ordes van grootte nodig. Zelfs de grootste redelijke zwaartekrachtballon zou ongeveer 10 ^ 10 keer te weinig massa hebben.
+1 leuk antwoord. Bekijk dit antwoord @AlanSE: http://meta.space.stackexchange.com/a/157/63.
Fantastisch antwoord, ik kan me geen betere voorstellen, maar ik kon me er ook geen zo goed voorstellen. Ik zal het een paar dagen uitstellen om anderen aan te moedigen om te proberen een beter antwoord te geven.
Als je antwoordt, antwoord je echt. Ik zoomde in op de opmerking over H en N op asteroïden, omdat ik vorige week probeerde te vragen naar het maangesteente, of de kans groot is dat het beide chemicaliën bevat, alleen op basis van algemene kennis van de samenstelling van het zonnestelsel. Ik kon daar niets over vinden, ik moet niet weten hoe ik moet kijken. Waar moet ik naar zoeken? (Als ik je op deze manier mag opdringen.)
@briligg Asteroïden hebben zoiets als 0,1% stikstof door hun [elementaire overvloed] (http://periodictable.com/Elements/007/data.html). Dat betekent dat om 1 m ^ 3 lucht te krijgen, je ongeveer 1 m ^ 3 steen moet verwerken, en dat lijkt me onredelijk. Op aarde kunnen we het gewoon uit de lucht condenseren, en de atmosfeer van Mars heeft genoeg N2 om het vloeibaar te maken. Dus asteroïde- of maansteden kunnen N2 van Mars importeren. De overvloed van de maan is vergelijkbaar met asteroïden, maar de chemische vormen zijn een meer gecompliceerd onderwerp dat nog steeds de extractie van de maan zou kunnen bevorderen, en ik weet er niet genoeg over.
Misschien is het gewoon een algemene onbekende, ik blijf rondkijken. Dat is echter een handige link, het kwam niet bij me op dat gegevens over elementen dergelijke informatie zouden kunnen bevatten.
#2
+3
Jim2B
2015-03-05 21:24:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De grootste lichamen die we veilig zouden kunnen exploiteren door ze uit te hollen om binnen leefruimte te creëren (zoals een voorloper van een O'Neill-cilinder), zouden een lichaam zijn waarvan de zwaartekracht te zwak is om de materialen te onderscheiden en het lichaam bolvormig te maken. Een bolvormig lichaam impliceert dat de materiële sterkte van de asteroïde te zwak is om de massa materiaal erboven te dragen. Over het algemeen zijn alle gedifferentieerde lichamen bolvormig, maar beide criteria zijn nodig omdat gedifferentieerde lichamen kunnen worden onderbroken (zoals Vesta) in kleinere gedifferentieerde stukken.

Anders gezegd, Pluto en Ceres zijn zeker te groot.

Vesta en Pallas zijn misschien te groot.

Als je de extra beperking wilt opleggen dat je het hele lichaam wilt laten draaien voor kunstmatige zwaartekracht, dan moet het lichaam dat je zoekt voornamelijk van metaal zijn (keramiek / rotsen hebben een zwakke spanning).

Wat dit betekent, is dat je moet zoeken naar de kern van verstoorde planetoïden, lichamen zoals Vesta maar kleiner zou ideaal zijn. Deze tabel met gemeten asteroïde dichtheden geeft aan dat de volgende asteroïden bijzonder goede kandidaten kunnen zijn:

'# Naam dichtheidsfoutmeldingen
4 Vesta 3.44 +/- 0.12 Waarschijnlijk te groot 20 Massalia 3,26 +/- 0,60 145 km gemiddelde diameter
804 Hispania 4,90 +/- 3,90 145 km gemiddelde diameter, enorme foutbalken op dichtheid

Visuele vergelijking van de grootste asteroïden Comparison of Largest Asteroids

Jim, het proces van uithollen (het verwijderen van kernmaterialen) verandert zelf de massaverdeling dramatisch en afhankelijk van waar je die massa plaatst, kan het lichaam uit hydrostatisch evenwicht worden gebracht.
@TildalWave Klopt, maar bedenk dat een niet-sferoïdaal lichaam sowieso niet in hydrostatisch evenwicht is. Zoals vermeld in het eerste antwoord - iemand die van plan is dit te doen, zou eigenlijk heel wat techniek (balanceren van gewicht, luchtdruk en rotatiekracht met materiaalsterktes) in het project moeten stoppen en niet zomaar een paar alinea's moeten gebruiken " vuistregel ". Maar ik denk dat mijn uitgangspunt gezond is - bolvormige lichamen zijn te groot, sommige niet-bolvormige lichamen zijn nog steeds te groot.
@TildalWave ook een van de SF-grootheden, of misschien stelde O'Neill zelf voor om een ​​buisje door het midden van een metalen asteroïde te boren, het te vullen met waterijs, de uiteinden dicht te lassen, het rond te draaien en het ding vervolgens te verwarmen met gereflecteerd zonlicht tot 2000+ F. Dit zou het water moeten koken, opblaasdruk moeten geven en het nikkelijzer voldoende moeten verzachten zodat het kan uitzetten. Op deze manier was niet zo veel graafwerk nodig.


Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...