Ist es möglich, eine permanente Sonde auf Uranus zu platzieren?

Erstens ist der Übergang von der Gasphase zu einem überkritischen Fluid allmählich. Stellen Sie sich das Gas vor, das allmählich und langsam dichter und dichter wird, wobei die Gasmoleküle immer näher und näher kommen. Alles nach und nach und langsam. Nach einiger Zeit befinden Sie sich in einer Flüssigkeit!

Die meisten Menschen sind mit überkritischen Flüssigkeiten nicht vertraut, da dies ein Phänomen ist, das bei hohen Drücken und hohen Temperaturen auftritt, das der Durchschnittsbürger in seinem ganzen Leben nie sehen würde.

Wenn Sie sich jetzt auf Uranus konzentrieren, glaube ich nicht, dass das, was Sie erreichen wollen, möglich ist.

Mit einem Ballon schwebst du vielleicht in der oberen Atmosphäre, aber da du tiefe Schichten erreichen willst, ist das nicht das, was du willst.

In diesen tiefen Schichten des überkritischen Wasser-Ammoniak-Ozeans müsste ein U-Boot sehr tief in den Planeten sinken, um tatsächlich zu schwimmen. An diesem Punkt würde der Druck ausreichen, um den Diamanten zu zerkleinern, und die Temperatur würde ausreichen, um ihn zu schmelzen.

Besser wäre es, den Rumpf aus Materialien wie Diamanten mit hexagonalem Gitter, Bornitrid, Iridium-Wolfram und Graphen zu bauen. Alles sollte perfekt und frei von topologischen Defekten sein. Selbst damit ist es immer noch sehr wahrscheinlich, dass es versagt und implodiert.

Nehmen wir jedoch an, Sie hätten ein U-Boot gebaut, das dem Druck und der Temperatur standhalten kann.

Außerdem wäre es bis zu einer Tiefe von 1000 km zu weit, um eine Kommunikation herstellen zu können. Da ein U-Boot zu schwer ist, um in die oberen Atmosphärenschichten zu schweben, ist es irgendwie dazu verdammt, für immer dort zu bleiben.

Es gibt jedoch noch einige Möglichkeiten, Kommunikations- und sogar Versorgungsleitungen aufzubauen. Ein Ballon in der oberen Atmosphäre könnte schwere Gegenstände abwerfen, die das U-Boot fängt. Das U-Boot könnte schwimmende Objekte freisetzen, die der Ballon fangen kann.

Die Kommunikation ist möglich, indem diese physischen Pakete hoch und runter gesendet werden, die einige Daten mit sich führen, was langsam ist, aber funktioniert. Eine andere Möglichkeit, eine Kommunikation herzustellen, wäre, viele verschiedene U-Boote / Ballons in verschiedenen Schichten übereinander schweben zu lassen, die einen Abstand von beispielsweise 1 km haben. Jedes Fahrzeug in diesen Zwischenschichten wird entsprechend der beabsichtigten Schicht allmählich ballonartig oder subbootartig. Jedes Fahrzeug ist dann für das Senden, Empfangen und Weiterleiten von Funksignalen zwischen seinen tieferen und flacheren Nachbarn verantwortlich und wechselt gegebenenfalls die Funkfrequenzen.

Druck ist hier wichtig. Es ist sowohl ein Problem als auch eine Lösung.

Wie bei Riesenplaneten zu erwarten, ändern sich der atmosphärische Druck und die Temperatur mit Höhe und Tiefe. Wenn Sie die Basis der Troposphäre erreichen, liegt der Druck bei etwa 100 bar, was etwas höher ist als der atmosphärische Druck auf der Oberfläche der Venus (93 bar). Wenn Sie sich fragen, wie stark das ist, bedenken Sie, dass die Sonden der Venera-Serie in den 1970er Jahren diese Bedingungen etwa 50 bis 55 Minuten lang überstanden haben. Vega 2 , der letzte Lander, den wir (in den 1980er Jahren) zur Venus schickten, schnitt nicht besser ab. Die Temperatur trug ebenso wie die atmosphärische Zusammensetzung wesentlich zu den Fehlern bei, sodass eine Uranus-Sonde sicherlich nicht mit einer so feindlichen Umgebung konfrontiert wäre . Problematisch wäre allerdings der hohe Druck.

^{Bild mit freundlicher Genehmigung des Wikipedia-Benutzers Ruslik0, unter der Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported-Lizenz .}

Auf der Erde hat der Challenger Deep einen Druck von etwa 1000 bar und wurde tatsächlich viermal erreicht. Es ist näher am Inneren von Uranus als die Oberfläche der Venus (unter Berücksichtigung der Zusammensetzung und der niedrigen Temperaturen). Das bedeutet, dass wir die Fähigkeit haben, unterhalb der Troposphäre von Uranus zu reisen. Wir müssen uns jedoch Gedanken über das Startgewicht machen, wenn wir den Druck, dem es standhalten kann, erheblich erhöhen.

Die gute Sache? Erhöhter Druck bedeutet erhöhte Umgebungsdichte, was wiederum eine erhöhte Auftriebskraft bedeutet :

$$F_B=mg_U-\rho_fVg_U$$ Wo$m$ist die Masse des Objekts,$\rho_f$ist die Flüssigkeitsdichte,$V$ist das Volumen des Objekts und$g_U$ist die Oberflächenbeschleunigung aufgrund der Schwerkraft auf Uranus. Uranus ist insgesamt ziemlich leicht (mit einer mittleren Dichte von 1,47 g/cm ³ ), aber im Kern kann die Dichte 9 g/cm ³ erreichen . Wir wissen nicht viel über das Dichteprofil im Inneren, was es schwierig macht, die maximale Tiefe zu bestimmen, die wir erreichen könnten. Wenn wir davon ausgehen, dass das U-Boot ähnliche Eigenschaften wie Nereus haben wird , können wir eine Masse von etwa 2800 kg und ein Volumen von 22,5 m ³ schätzen , was zu einer kritischen Dichte von 0,124 g/cm ^{3 führt}. Durch die Aufnahme von Umgebungsflüssigkeit kann das Raumfahrzeug seine Masse erhöhen und ihm helfen, weiter nach unten zu sinken. Da die Atmosphäre eine geringe Dichte und der Kern eine hohe Dichte aufweist, gibt es einen Gleichgewichtspunkt. Die Frage ist natürlich, wo das liegt – und wie der Druck an diesem Punkt sein wird. Wird es zu hoch oder überlebensfähig sein? Wie tief können wir gehen?

Da wir die von Ihnen vorgeschlagene Mission noch nie durchgeführt haben, wissen wir das noch nicht, daher kann ich Ihnen keine definitive Tiefe geben.

Ich kann das nicht in den Kopf bekommen. Wenn Sie auf der Erde einen Behälter mit Gas und Flüssigkeiten füllen, bleibt das Gas oben und die Flüssigkeit unten, mit einer klaren Grenze. Auch wenn die Flüssigkeit kocht oder das Gas kondensiert, sehen wir deutliche Phasen.

Das obige Bild ist das von überkritischem CO2. Sie können deutlich sehen, dass das CO2 jetzt wie ein Gas aussieht und irgendwie immer noch wie eine Flüssigkeit aussieht. Ein Gas unter hohem Druck zu halten, kann wirklich seltsame Dinge bewirken.

Überkritische Flüssigkeiten sind im Grunde eine Art Materie, bei der der Druck so hoch wird, dass sie durch Materialien wie ein Gas diffundieren und dennoch Dinge wie eine Flüssigkeit auflösen kann.

Auch auf der Erde kommt natürlich überkritisches Fluid vor. Überkritisches Wasser ist ein Hauptbestandteil in dem Zeug, das aus einem "schwarzen Raucher" kommt.

Außerdem hat Uranus kein "ruhiges" Wetter. Die Windgeschwindigkeiten auf Uranus können bis zu 900 km/h erreichen, stark genug, um Jupiters Großen Roten Fleck wie eine sanfte Brise erscheinen zu lassen.

Wir haben tatsächlich Wasser-Ammoniak hier auf der Erde, es ist bekannt als Ammoniumhydroxid oder im Grunde Ammoniakbleiche. Das Zeug ist ziemlich ätzend und ätzend und ist nicht besonders freundlich zur menschlichen Haut.

Ich würde lieber Jupiter kolonisieren, danke.