Maximierung des vertikalen Bereichs des bewohnbaren Luftdrucks

In Larry Nivens Kurzgeschichte „Bordered in Black“ gibt es einen Planeten (Sirius B-IV) mit viel geringerer Schwerkraft als die Erde. Dadurch hat der Planet einen geringeren atmosphärischen Druckgradienten, dh der Luftdruck ändert sich bei gleicher vertikaler Distanz weniger. Aus diesem Grund hatte der Planet Wolken in einer Höhe von bis zu 130 Kilometern.

Es brachte mich zum Nachdenken: Es gibt eine Welt, die ich seit einiger Zeit baue, die eine extreme vertikale Komponente in ihrer Geographie hat, mit einigen Merkmalen, die Hunderte (und in einem extremen Fall Tausende) von Kilometern hoch sind. Vor einiger Zeit kam mir in den Sinn, dass der Luftdruck in dieser Umgebung ein ernsthaftes Problem darstellen würde, da der größte Teil dieses vertikalen Raums, obwohl nicht unbedingt die obersten oder untersten Extreme, bewohnbar sein soll. Ich beschloss zunächst, es mit der Hand wegzuwinken, da ich das Problem für unüberwindbar hielt.

Jetzt hat Niven mein Interesse an einer wissenschaftlichen Erklärung dafür neu entfacht. Was sind einige gute Erklärungen für einen Bereich von bewohnbarem Luftdruck, der sich über mehrere hundert vertikale Meilen erstreckt, wenn man die reale Physik verwendet? Wenn dies nicht möglich ist, was ist die größte vertikale Entfernung, über die der Luftdruck bewohnbar bleiben kann?

Nebenbemerkung: Der Boden ist aus Handwavium. Ich breche nicht das Thema ab, wie hundert Meilen hohe Merkmale in dieser Welt existieren. Die Luft hingegen ist, da sie atembar ist, normaler Stickstoff-Sauerstoff und bedarf daher einer Erklärung für ihr Verhalten.

Antworten (2)

Die vorgeschlagene "Heilung": geringere (viel!) Oberflächengravitation (dh entweder einen kleineren Planeten oder einen leichteren Kern ... oder beides) ist in Ihrem Fall obligatorisch, da Berge "mehrere hundert vertikale Meilen" sonst unter ihnen zusammenbrechen würden Eigengewicht und dünne Luft ist Ihre letzte (wissenschaftliche) Sorge.

Es gibt gute geologische Gründe, warum der höchste Gipfel auf dem Mars (mt.Olympus) deutlich (>20%) höher ist als jedes Gegenstück auf der Erde.

Was Sie vorschlagen, ist ziemlich extrem und ich glaube aufrichtig nicht, dass es erreichbar ist, ohne auf etwas "Magie" zurückzugreifen.

Worüber Sie sich Sorgen machen sollten, sind jedoch andere Faktoren, von denen ich nicht weiß, ob Sie sie berücksichtigt haben:

  • Temperatur: nimmt mit der Höhe ab und ist der Hauptgrund, warum Hochgebirge „nicht bewohnbar“ sind.
  • Der menschliche Körper kann sich mit der Zeit an sehr extreme Druckbereiche anpassen.
  • Wenn Ihre Gebirgszüge höher als die Troposphäre werden, erhalten Sie keine atmosphärischen Niederschläge, was bedeutet: kein Wasser!
  • Hochgebirge auf der Erde sind vor allem aufgrund des kalten Wüstenklimas nicht bewohnbar, lange bevor Sauerstoffmangel zu einem Problem wird.
  • alles oben genannte würde durch die geringere Schwerkraft gemildert.
  • sehr geringe Gravitation bedeutet keinen Eisenkern, was wiederum keinen magnetischen Schutzschild für Sonnenwind bedeutet.
Guter Punkt ... Ich habe vergessen, dass eine höhere Schwerkraft niedrigere Berge bedeutet ...

Es ist nicht einfach, eine klare Antwort zu geben.

Die angenäherte Formel zur Berechnung des Drucks gegenüber der Höhe lautet wie folgt

p = p 0 e x p ( − g M h / R 0 T 0 )

Wo p 0 ist der Druck, g ist die Schwerkraft, M ist die Molmasse von trockener Luft und T 0 ist die Temperatur, alles auf Meereshöhe, während h die Höhe und ist R 0 ist die universelle Gaskonstante.

Mit g zu spielen ist riskant, da eine Verringerung von g auch die Fähigkeit des Planeten verringert, eine Atmosphäre aufrechtzuerhalten.

Sie können die Eigenschaften des exponentiellen Abfalls besser nutzen, um in diesem Fall für große Werte von h zu "verlangsamen" und fast horizontal zu gehen. Wenn Sie Ihre Überlebenszone in diesen Bereich mit hohem h legen, können Sie sie für wirklich große Höhenunterschiede erweitern.

Siehe folgendes Diagramm: Ein Abfall von 20 kPa (100 auf 80) geschieht in 2000 Metern, wenn Sie auf Meereshöhe starten, es dauert 3000 Meter, wenn Sie auf 4000 Metern (60 auf 40) starten.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der "Trick" erhöht Ihre p 0 damit Ihr lebenswerter Druck in große Höhen verlagert wird. Das Problem ist, dass Sie Ihre erhöhen p 0 Sie müssen Ihr g erhöhen, was auch im Exponenten die Droprate beeinflusst. Auch ein höheres g macht deine Berge niedriger.

Dies kann jedoch erklären, wie der Druck auf größeren Reichweiten erträglich ist.

Sie brauchen nicht zu erhöhen g erhöhen p 0 . Sie können stattdessen einfach mehr Atmosphäre hinzufügen . g tut auch nichts, um das Halten einer Atmosphäre zu unterstützen oder zu behindern. Die Fluchtgeschwindigkeit ist viel relevanter. Sie können eine Atmosphäre mit sehr geringer Schwerkraft und sehr hoher Fluchtgeschwindigkeit halten, wenn Sie einen Planeten mit sehr geringer Dichte haben, wie z. B. Saturn zeigt, der Wasserstoff trotz dessen gut festhält (was die Erde nicht kann). eine "Oberflächen"-Schwerkraft, die kaum einen Hauch höher ist als die der Erde.
@LoganR.Kearsley, das Hinzufügen von Atmosphäre fügt Masse hinzu und das Hinzufügen von Masse erhöht g ...
Wenn Sie sich in der Atmosphäre befinden, nein, tut es nicht. Shell-Theorem. Wenn Sie sich außerhalb der Atmosphäre befinden, ist der Unterschied vernachlässigbar. Die Atmosphäre der Venus zum Beispiel ist über 90-mal massereicher als die der Erde, aber es ist immer noch ein Rundungsfehler bei der Berechnung der Schwerkraft der Venus.
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