Eine Matrjoschka-Muschel-Welt erschaffen: Temperaturregulierung

In einer weit entfernten Galaxie widmet der Imperator während eines Anfalls der Inspiration für ein supermassives Wunder der Technologie erstaunliche 10 % der Energie und Materialien aus der Dyson-Sphäre und den Verarbeitungseinheiten für Solarmaterialien seiner Zivilisation, um einen innovativen (und möglicherweise verrückten) planen, eine Matroschka-Welt zu erschaffen. Durch den Versuch eines massiven 3D-Drucks mehrerer Welthüllen hofft der Anführer, viele Planetenhüllen ineinander zu schaffen.

So tauchen die ersten Probleme auf, die Wärmeregulierung.

Wenn Sie weder die inneren Schalen backen noch die äußere Schale einfrieren möchten, wie verarbeiten Sie Wärme (oder deren Fehlen) zwischen verschiedenen Schalen nach oben oder unten?

Ist das wirklich so einfach wie das Anbringen einer Reihe massiver Lüftungsöffnungen oder würde es mehr als das erfordern?

Bearbeiten: Um genauer zu sagen, was für diese Zivilisation bewohnbar ist, sollte es keine längeren Hitzeperioden über 40 Grad C oder unter -5 Grad C geben.

Bearbeiten 2: Septerra Core ist ein gutes Analogon für die Welt, die ich erschaffe. Es ist ein Videospiel mit einer ähnlichen Welt. Aber es hat nicht viele Informationen darüber, wie die Hitze in den Weltmuscheln reguliert wird. Darüber hinaus bedecken die Schalen die anderen Schalen nicht vollständig, sodass Licht (und Wärme) in die unteren Schalen gelangen und Wärme nach oben abgestrahlt werden kann. In dieser konstruierten Welt gäbe es solche Lücken nicht. Shell 1 empfängt das gesamte Licht des Sterns und strahlt die gesamte Wärme von jeder anderen Shell darunter ab. Angenommen, das funktioniert so (ich mache nicht viel Wissenschaft).

Bearbeiten 3: Dieser erstellte Planet wird an einem geeigneten Ort in der Nähe des Sterns platziert, um Energie in ihn und in die Umlaufbahn um den Stern zu bringen. Aber zur Verdeutlichung, diese Frage betrifft in erster Linie die Regulierung der Abwärmeerzeugung innerhalb der Hüllen, um die unteren und oberen Hüllen in einem bewohnbaren Zustand zu halten.

Bearbeiten 4: Ich habe auf einen Großteil der Hintergrundgeschichte verzichtet, um nur die vorliegende Frage zu beantworten.

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

Versuchen Sie, dies anzusehen: youtube.com/…
Ich habe mir fast das gesamte Video angesehen und bin völlig verwirrt darüber, wie es mit meiner Frage zusammenhängt. Das Video geht zwar auf Abwärme ein, aber es befasst sich nicht damit, wie man die Temperatur so reguliert, dass verschiedene Schichten bewohnbar sind. Auch hier ist es großartig für Matryoshka Brains, aber meine Frage bezieht sich auf eine andere Megastruktur. Könnten Sie die Bereiche durchgehen, in denen dieses Video mir bei meiner Frage helfen würde? Ich habe das Serienvideo über Shell-Welten durchgesehen und angesehen, in dem die Welten erwähnt werden, von denen ich spreche, aber es geht nicht sehr in die Tiefe.
Wie viele Poster angedeutet haben, besteht der Zweck des Matrjoschka-Gehirns darin, die Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Schichten als Carnot-Motor zu nutzen, um die nächste anzutreiben. In Bezug auf die Temperatur wählen Sie im Wesentlichen eine Umlaufbahn und berechnen die effektive Temperatur eines Objekts, das dort dem Sonnenlicht ausgesetzt ist (wenn das Zentrum ein Stern wie die Sonne ist, dann haben Sie bei 1 AE unsere Temperatur. Die Wärme, die von der darunter liegenden Schicht ausstrahlt, liefert die Wärmeenergie, um die nächste Ebene anzutreiben Schichten, die Venus, Erde und Mars entsprechen, wären wahrscheinlich dort, wo ein auf Kohlenstoff basierendes Leben am liebsten leben würde.
Wenn ich Sie also richtig verstanden habe, verwenden Sie die mittlere Schicht dieser geschaffenen Welt wie eine verwaltete Plasmakugel, und bestimmen Sie dann die Entfernung, um für meine Zivilisation bewohnbar zu werden, und die Entfernung am maximalen Ende davon. Und es bedarf keiner zusätzlichen Regulierung? Was ist mit der Energie, die ihm vom Stern zugeführt wird (sagen wir in einer Entfernung von 1 AE)? Beeinflusst das die Berechnungen? Haben Sie einen zentralen Kernplasmagenerator, der Energie erzeugt, die sich ausdehnt, und die Sonne, die Energie eingibt?
Die auf die Außenfläche fallende Sonnenstrahlung beeinflusst, wie effizient diese Schicht zur Strahlung in den Weltraum genutzt werden kann (die dunkle Seite wird offensichtlich effizienter Wärme abstrahlen als die beleuchtete Seite). Mir ist nicht klar, warum Sie glauben, dass die Verwendung eines künstlichen Plasmaballs effizienter ist, als die Sonne einfach mit mehreren Schalen zu umhüllen, aber wenn dies Ihr Plan ist, sollte das "Gehirn" in der Nähe der Umlaufbahn von Neptun gebaut werden, um die Außenseite zu begrenzen Sonneneinstrahlung.

Antworten (4)

Sie möchten die äußeren Schalen einfrieren und die inneren Schalen backen. Das ist der ganze Sinn eines Matrjoschka-Gehirns. Der springende Punkt ist, einen mehrstufigen Carnot-Motor mit einer enormen Anzahl von Stufen und einem unglaublich hohen Wirkungsgrad zu schaffen. Dies erfordert implizit heiße Innenhüllen und kalte Außenhüllen.

Das einzige, was Sie nicht tun, ist, massive Lüftungsschlitze einzubauen, um die Wärme abzulassen. Wenn Sie das tun, erhalten Sie keine Arbeit aus Ihrem Wärmeunterschied. Sie leiten die gesamte Wärme durch Wärmekraftmaschinen.

Wenn Sie diesen Effekt minimieren möchten, halten Sie die Schichten alle in mittleren Umlaufentfernungen. Die Sonne produziert pro Sekunde eine festgelegte Energiemenge. Wenn Sie einen größeren Innenradius haben, wird diese Energie breiter verteilt, was es einfacher macht, die Heizung zu steuern. Ebenso tragen kleine Außenradien dazu bei, die Abkühlung in den Weltraum zu minimieren.

Sie müssen jedoch darauf achten, wie effizient Sie sein möchten. Der Wirkungsgrad eines mehrstufigen oder einstufigen Carnot-Motors wird durch das Verhältnis der Temperatur der Kühlkörper zur Wärmesenke bestimmt. Wenn Ihre innere Schicht der Sonne nicht wirklich nahe ist (heiß wird), schränkt dies Ihre maximale Effizienz ein.

Soweit ich das beurteilen kann, ist dies eine hervorragende Antwort für ein Matryoshka-Gehirn ( en.wikipedia.org/wiki/Matrioshka_brain ). Meine Frage bezieht sich jedoch nicht auf Matryoshka Brains, sondern auf Matryoshka Worlds oder Habitats. Es geht um die Temperaturregulierung zwischen verschiedenen Hüllen einer geschaffenen Welt, in der Menschen auf der Oberfläche jeder Welthülle leben würden. Ein Analogon dazu wäre das Videospiel Septerra Core, wo es sieben World Shells gibt, bei denen Kontinente über darunter liegende Kontinente hinweggehen und nach innen zum Kern führen. Wie würden Sie vorschlagen, dass ich meine Frage verdeutliche?
Ahh. Wie viel Temperaturunterschied können Sie von der ersten bis zur letzten Schicht akzeptieren?
Ich werde das hinzufügen, für die gemeinsame Bewohnbarkeit von Spinnentieren, insbesondere spinnenartigen Wesen. Ich möchte mit dieser Gruppe nicht zu humanistisch sein.
@GuidingOlive Septerra Core beantwortet Ihre Frage bereits. Die oberen Schalen sind eine Wüste, die obere eine polare Wüste, die zweite eine Wüste und die untere ein warmer dunkler Dschungel mit Pflanzen, die um das wenige verfügbare Licht und die Hitze konkurrieren, die von der Lava auf dem Kern selbst kommt.

Dies wurde in einigen Kommentaren zu den Antworten gesagt, aber niemand hat es direkt gesagt:

Warum benötigt eine Zivilisation, die in der Lage ist, eine Dyson-Sphäre zu produzieren, diesen Bonbon?

Wenn es ein Eitelkeitsprojekt ist, weil der Imperator eines bauen will, sicher, kein Problem. Aber die innere (oder äußere, je nach Sterntyp) Oberfläche einer Dyson-Kugel kann so angeordnet werden, dass sie in einem Abstand vom Stern liegt, der sie bewohnbar macht. Wenn es so angeordnet ist, haben Sie eine Oberfläche, die fünfhundertfünfzig Millionen Erden entspricht.

Der Bevölkerungsdruck wird für mindestens 25 Generationen kein Problem darstellen, vorausgesetzt, es gibt keine Bevölkerungskontrolle. (Unter der Annahme einer Verdopplung der Bevölkerung pro Generation, mit Menschen im Wert von einer Erde, um zu beginnen.)

Es ist ein unglaublich großer Raum, den es zu füllen gilt ... und, was noch wichtiger ist, im Vergleich zu dem ausgeklügelten Hütchenspiel, das der vorgeschlagene Planet ist, haben sie bereits einen gebaut .

Die Schwerkraft könnte möglicherweise ein Problem darstellen, wenn Sie im Inneren oder mit bestimmten Arten von Sternen leben, aber dies könnte mit ausreichender Technik überwunden werden, vorausgesetzt, Ihre Zivilisation hat Zugang zu einigen bemerkenswerten Materialien (die sie sowieso haben müssten).

Warum brauchen sie es? Wie Sie sagten, haben sie die Dyson-Sphäre bereits gebaut. Was wäre, wenn sie es vor 25 oder 26 Generationen gebaut hätten? Sie hatten all diese Generationen von „Wir werden diesen ganzen Raum niemals verbrauchen“, um der Bevölkerung jegliches Interesse daran zu nehmen, ihre Fortpflanzung zu kontrollieren, und das könnte der Grund sein, warum die Regierung kein Glück hatte, auf die Bremse zu treten auf Überbevölkerung. Sie haben ihre Dyson-Sphäre gefüllt und sind immer noch unterwegs. (Züchten wie Energizer-Hasen.) Es erinnert mich an Computerfestplatten, als größere herauskamen und wir alle dachten, ich werde nie so viel Platz brauchen – bis wir es taten.
@Cadrac - Wenn sie die Oberfläche von 500 Millionen Erden gefüllt haben, wird ein Planet mit sieben Schichten nichts für ihr Bevölkerungsproblem tun.
An diesem Punkt wird es schmerzlich offensichtlich, dass ich keine Antwort auf die Wärmeregulierung bekommen werde, ohne die Hintergrundgeschichte vollständig zu ändern. Wie können wir diese Frage also zu einer besseren Antwort machen? Ist das eine Klasse-I-Zivilisation? Warum ist es wichtig, warum sie diesen Apparat erschaffen? Was muss ich neu formulieren, um eine Antwort zu erhalten, die auf die Wärmeregulierung zwischen den Schichten einer Matyroshka-Muschelwelt hinarbeitet?
@GuidingOlive - Machen Sie es einfach zu einer Frage auf Kulturebene . Eine Zivilisation, die in der Lage ist, die gesamte Energie eines Sterns zu nutzen, wird dieses Konstrukt nicht brauchen , also muss es ein "Wollen" sein. Beseitigen Sie den gesamten Kontext von "mehr Wohnraum brauchen", und alles ist gut. Diese Zivilisation (oder ihr oberster Herrscher oder ihre Religion) will eine unpraktische Shell-Welt bauen.

Ihre Kommentare deuten darauf hin, dass Sie Septerra Core bereits kennen, also verwenden Sie vielleicht seine Lösungen.

Die oberen Schalen sind eine Wüste, die obere eine polare Wüste, die zweite eine wärmere windige Wüste und die untere ein warmer dunkler Dschungel mit Pflanzen, die um das wenige verfügbare Licht und die Hitze konkurrieren, die von der Lava im Kern selbst kommt. Auf Schale 7 ist nicht viel Wasser, aber die Feuchtigkeit ist hoch, weil Wasser, das von den höheren Schalen fällt, sich auf den niedrigeren Schalen in Nebel und Dampf verwandelt.

Die Pflanzen müssen ihr eigenes Licht abgeben, um Insekten zur Bestäubung anzulocken, wodurch die untere Schale für die Menschen auf Schale 5 und 6 leuchtet. Schale 3 wird zu einer gemäßigten Zone, die hoch genug liegt, um Sonne zu bekommen, aber niedrig genug, um zusätzliches Wasser zu bekommen die oben genannten 2 Schalen.

Shell 5 wird wahrscheinlich die meisten Menschen haben, da sie in der Lage sind, den Kern ziemlich einfach nach Ressourcen abzubauen, leicht Wasser aus den oberen Shells zu sammeln und trotzdem genug Sonnenlicht für die Landwirtschaft zu sammeln.

Shell 3 wird weniger Zugriff auf Ressourcen haben, aber stärkere Landwirtschaft. Das bedeutet, dass Shell 4 wahrscheinlich zu einem Handelszentrum zwischen Shell 5 und 3 werden wird.

Sie möchten die Außenschicht isolieren und Wärme zur Innenschicht durchlassen.

Die Außenschicht wird eine Temperatur haben, die von der Kälte des Weltraums dominiert wird, bei etwa -270 ° C. Es ist sehr kalt. Durch ihn fließt ständig Wärme. Sie müssen sicherstellen, dass die Energie von 1 Stern diese Schicht mit einer Geschwindigkeit passieren kann, die das von Ihnen erwähnte Minimum von -5 ° C beibehält. Dies wird wahrscheinlich die Kontrolle der Leitfähigkeit der Außenhülle und möglicherweise sogar das Anbringen einer Isolierung beinhalten.

Sie werden ähnlich für die innere Schicht tun wollen. Es wird den ganzen Tag dem Stern zugewandt sein , also wird es viel heißer als unsere heutige Umgebung mit ihren Tag-Nacht-Übergängen. Sie müssen hier wahrscheinlich auch eine Isolierung anbringen, aber wir können das anders angehen.

Der eigentliche Trick besteht darin, den thermischen Widerstand der Innenschalen niedrig zu halten. Stellen Sie es sich wie 7 Lagen Kupfer vor, die in Styropor eingebettet sind. Egal wie Sie die Außenschichten des Stryofoam erhitzen oder kühlen, die 7 Schichten leiten Wärme schnell von einer zur anderen, sodass sie alle relativ ähnliche Temperaturen haben.

Ich würde mich dafür entscheiden, riesige Fresnel-Linsen über der inneren Schicht zu errichten, die einen großen Teil des Lichts durch relativ kleine Löcher in der Schicht fokussieren. Wenn Sie auf diese Weise 50 % der Fläche bedecken würden, würden nur 50 % des Lichts auf die innere Schicht fallen (der Teil, der nicht bedeckt ist). Das restliche Licht könnte durch Löcher gehen, wodurch die innere Schicht wie eine riesige Sternenkonstellation aussehen würde, wobei jedes Loch einen Teil des Sonnenlichts an die nächste Schicht abgibt. Auf diese Weise können Sie Wärme schnell von einer Schicht zur anderen übertragen, ohne große Mengen an Oberfläche zu verschwenden. Es bedeutet auch, dass Sie natürliches Licht auf der zweiten und dritten Schicht haben können, was ein netter Vorteil ist.

Jetzt kochen wir. Dies ist jedoch immer noch ein wenig zu sternzentriert. Sollte ich mehr klarstellen, dass diese Welt meine Dyson-Sphäre nicht bedeckt? Dies ist eine Welt, die auf einer Umlaufbahn um den Stern konstruiert ist, die weder mit einem anderen großen Himmelskörper kollidiert noch die Umlaufbahnen einer anderen Welt wesentlich verändert. Oder wäre es besser geeignet, eine Welt zu sein, die die Dyson-Sphäre abdeckt? Zugegeben, die Heimatwelt des Imperiums müsste auf diese Welt migriert werden, damit sie nicht alle in Abwesenheit eines Sterns einfrieren, um sie zu erwärmen.
Warten Sie ... Sie haben eine voll funktionsfähige Dyson-Sphäre, und eine Welt von bloßer Planetengröße wird Ihren Bevölkerungsdruck verringern?
Mehrere planetengroße Welten, eine in der anderen, aber ja. Sehen Sie, ich bin kein Wissenschaftler, ich bin Schriftsteller. Diese Zivilisation hat eine funktionierende Dyson-Sphäre gebaut (vielleicht läuft sie mit etwa 1% Effizienz) und ist weit entfernt von ihrem nächsten solaren Nachbarn (in einer Weise wie wir). Seine Bevölkerung nutzt rotierende Lebensräume, aber eine Lösung in größerem Maßstab ist erforderlich. Derzeit beansprucht es sein Sonnensystem (und hat einen angemessenen Anspruch darauf). Aber es ist mehr Pflaster als Erleichterung.
Ich würde sagen, die richtige Antwort lautet: "Die Ingenieure stellen die zusätzliche Wohnung dort auf, wo es bequem ist." Es kommt auf deren Konstruktion an. Aber ich würde anmerken, dass wenn Sie auf 3 erdähnlichen Welten lebten und Sie eine Dyson-Sphäre hätten, die mit 1% Effizienz läuft und Sie diese 1% auf den Planeten verbrauchen, das ist 1.276 ⋅ 10 24 W Energie pro Planet zu zerstreuen. Derzeit versorgt die Sonne die Erde 1,74 ⋅ 10 17 W der Macht. Ihre drei Planeten müssen alle fast versinken 10 , 000 , 000 mal mehr Wärme in den Weltraum als die Erde heute! Das sind einige unglaubliche technische Fähigkeiten.
Wenn Sie eine Kardashev-Klasse-II-Zivilisation sind, sind Sie grundsätzlich verpflichtet, entweder über eine Dyson-Sphäre oder eine ähnlich massive Ansammlung von Strukturen oder über die Galaxie verteilt zu leben, oder Sie werden niemals all diese Abwärme abführen. Es ist einfach zu viel Energie für eine Handvoll Planeten.
Großartig! Jetzt kann ich damit beginnen, den Fokus einzugrenzen, um besser darzustellen, wie massiv diese Megastruktur wäre. Um diese Energiemenge abzuleiten, vergrößern wir die Struktur. Anstatt planetengroß zu sein, was wäre, wenn es jupitergroß wäre. Das Problem der Überbevölkerung ist nicht nur dieser Planet und seine Ansammlung von 100-1000 rotierenden Lebensräumen, sondern dieses Sonnensystem mit einem Großteil seines bewohnbaren Raumbandes, ja? Würde diese Größe der skalierten Megastruktur ausreichen, um den Abfall zu zerstreuen, indem Energie in die vielen Schichten der Weltschalen eingespeist wird, und wie würde diese Wärme dann untereinander reguliert?
Das führt tatsächlich zu einer möglicherweise hervorragenden Folgefrage. Ihre Schichten müssen nicht homogen sein. Sie können an der Oberfläche eine Industrie mit hohem Stromverbrauch und darunter eine Behausung mit geringem Stromverbrauch und geringer Wärme oder andere ähnliche Ansätze haben. Jetzt kommen wir zu einem wirklich lustigen Worldbuilding-Problem: Wie strukturiert man seine Nutzung am besten ? 10 24 W Energie, so dass die bei der Verwendung entstehende Wärme am einfachsten abgeführt werden kann. Es wäre mir unangenehm, das bei dieser Frage anzugehen (Scope Creep), aber ich kann mir ein paar Weltenbauer auf dieser Seite vorstellen, die diese Frage wirklich genießen würden.
Mach dir keine Sorge. Für dieses Projekt wird es noch viel mehr zu tun geben. Ich habe einige Fragen zu dieser Megastruktur und den Prozessen, die erforderlich wären, um eine wissenschaftlich valide Behausung dieser Größenordnung zu haben. Das ist ein Hauptgrund, warum ich mit der Temperaturregelung angefangen habe.
Eine Sache, die helfen kann: Identifizieren Sie, wie viele Menschen Ihrer Meinung nach auf dieser Megastruktur leben können sollten und wie dicht sie sein sollten (Personen pro Quadratkilometer). Sie können Ihre Dichtezahlen mit denen von Dingen wie „urbanen Städten“ vergleichen, um ein Gefühl dafür zu bekommen, wie realistisch sie sind. Mit diesen Zahlen können Sie tatsächlich herausfinden, wie groß das Objekt sein muss. Es wird auch später hilfreich sein, wenn Sie anfangen, sich damit zu befassen, wie man es regiert!
Es hilft auch bei der Beantwortung der Frage "Warum mehrere Schichten? Warum nicht nur ein größerer Planet?" Die Dichten und die Art und Weise, wie Ihre Leute ihr Leben führen, beeinflussen, welche Formen akzeptabel sind.
Wenn Sie Bevölkerungsdruck auf einer Dyson-Sphäre haben, wird keine planetare Lösung von Nutzen sein. Wie in der Antwort von jdunlop angegeben, sprechen wir von einer Oberfläche, die Hunderte Millionen Erden umfasst. "Mehrere planetarische Welten" würden nichts nützen, um den Druck der Bevölkerung auf ein so riesiges Bauwerk zu verringern. Sie benötigen mehr Dyson-Sphären. Sie werden keine andere Wahl haben, als Ihre zusätzlichen Schichten über und unter Ihrer bestehenden Sphäre aufzubauen.
Eine Matrjoschka-Muschel-Welt erschaffen: Temperaturregulierung
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