Wie hoch wäre der atmosphärische Druckgradient in einem Tagebau, der bis zur Mitte des Mondes reicht?

Inspiriert von dieser Frage , wie würde sich der Druck über Zehntausende von Jahren stabilisieren (im Zentrum des Mondes, an der Oberfläche und an anderen interessanten Punkten), wenn Sie eine strukturell stabile Grube (aus Unobtanium gebaut) schaffen würden, die bis zum Zentrum des Mondes reicht? , und füllte es mit den gleichen Gasen, die auf Meereshöhe auf der Erde zu finden sind?

Angenommen, eine solche Atmosphäre würde aktiv auf ~20 ° C stabilisiert, wo der Druck mindestens 13 Kilopascal betrug , und das obere Ende der Grube dem gleichen Abdampfen ausgesetzt ist wie jede frühere Mondatmosphäre.

Die wahrgenommene Schwerkraft am Boden der Grube wäre nahe Null, aber (unter der Annahme einer ausreichenden Energiequelle wie Sonne oder Kernkraft) könnte der Homo Sapiens in /irgendeiner/ Tiefe in der Grube auf unbestimmte Zeit gedeihen? Oder ist die Schwerkraft des Mondes zu schwach, um diese Atmosphäre zu binden?

Alles in allem scheint Ihre Frage zu sein: "Angenommen, ich kann eine Gassäule aufbauen, die sich von der Oberfläche bis zum Zentrum des Himmelskörpers erstreckt, wie hoch ist der Druck in der Mitte?" das klingt eher nach einer (interessanten) Frage für die Physik, nicht für den Weltenbau.
Vielleicht möchten Sie dies überprüfen: physical.stackexchange.com/q/110246
@L.Dutch irgendwie? Ich strebte eine Art Deal mit bewohnbarer Reichweite an (langfristig zeitlich mit offenem Ende, plus Art Deal „wäre dies an jedem physischen Punkt bewohnbar“)
@RobertK.Bell ohne Schutz vor Sonnenwind wird der Druckbereich ziemlich schnell um 0 herum liegen. Siehe auch diese Grafik - auch ohne Sonnenwind bekommt man auf dem Mond längerfristig nur Xenon. Der Mond befindet sich auf der Karte unterhalb des Kohlendioxid-, Sauerstoff-, Stickstoff- und Wasserbereichs, was bedeutet, dass Partikel unter Mondtemperaturen einfach wegfliegen würden. "Ich wollte einen bewohnbaren Bereich" - Entschuldigung, aber Sie werden es nicht verstehen.
@ Mołot in der Tat. Der Inhalt der Grube würde abhängig vom Breitengrad des Eingangs einen gewissen Sonnenwind erfahren. Aber wie groß wäre eine Grube, damit der Sonnenwind die Grube innerhalb der erwarteten Lebenszeit einer Zivilisation vollständig entleeren könnte? (sagen wir mindestens 5k Jahre) . Und wird dieser ~0-Druck an der Spitze ein Show-Stopper sein, der verhindert, dass sich in der Grube in jeder Tiefe mindestens 13 kPa aufbauen?
@RobertK.Bell Siehe diese Skizze - Die Erde verdreht den Sonnenwind, wodurch sie so ziemlich alle Regionen mit unterschiedlicher Intensität und in wechselnden Winkeln trifft. zu kompliziert für mich zu berechnen. Das heißt, thermische Flucht würde Ihnen sowieso kaum etwas anderes als Xenon hinterlassen. Ich kann jetzt keine Zitate finden, aber ich erinnere mich, gelesen zu haben, dass es Hunderte von Jahren, nein Tausende, vom erdähnlichen Druck bis 0 auf dem Mond dauern würde.

Antworten (1)

Bearbeiten: Zusätzliche Informationen per Chat und Fragenaktualisierung:

Einerseits, wenn Sie die volle Kontrolle darüber haben, wie viel Luft in den Schlauch gelangt, dann haben Sie auch die volle Kontrolle über den Luftdruck. Auf der anderen Seite möchten Sie genug Luft einpumpen, um viele Jahrtausende zu halten.

Wie unten besprochen, würde die Atmosphäre ("Atmozylinder") aufgrund mehrerer Faktoren immer in den Weltraum abfließen. In Anbetracht dessen hängt die Antwort auf Ihre Frage davon ab, ob Sie bereit sind, die Luft in der Röhre im Laufe der Zeit wieder aufzufüllen, oder ob Sie sie am Anfang nur einmal füllen möchten. Ich werde auf beide Szenarien eingehen. Wie ich Ihre Frage verstehe, besteht das Ziel in jedem Fall darin, sicherzustellen, dass es einen Abschnitt der Röhre gibt, in dem Menschen jederzeit überleben können. Ich gehe auch davon aus, dass die Bevölkerung die Möglichkeit hat, ihre Siedlungstiefe anzupassen.

(Nehmen wir zu Diskussionszwecken an, dass Ihre typische Zusammensetzung aus ungefähr 78 % Stickstoff und 21 % Sauerstoff besteht (siehe Anmerkung 1 unten), dass der Mond eine einheitliche innere Zusammensetzung hat (siehe Anmerkung 2), dass wir Luftkompressionsfaktoren ignorieren , und dass Sie in allen Höhen Ihrer Röhre eine angenehme Temperatur halten können (sonst würde es aufgrund des Drucks viel zu heiß für Menschen, je tiefer Sie gehen, und irgendwann könnten sich die Gase sogar verflüssigen). wir wollen, ist eine einfache Annäherung an den Luftdruck.)

Szenario 1: Beginnen Sie mit genug Gas, um die ganze Zeit über zu halten, ohne jemals mehr hinzuzufügen:

In diesem Fall sollten Sie die Röhre zunächst mit genügend Luft füllen, damit Sie möglichst oben einen bequemen Schnitt haben. Wenn die Luft allmählich in den Weltraum entweicht, nimmt der Luftdruck in der Röhre ab, sodass Sie Ihre Bevölkerung zum Ausgleich weiter nach unten in die Röhre verlegen.

Wie tief müsste die Starttiefe also sein? Hier auf der Erde befinden sich ungefähr 99,0 % der Gesamtmasse der Atmosphäre unterhalb von 30 km, 99,5 % unterhalb von 50 km und 99,9 % unterhalb von 100 km (oder der Kármán-Linie ; siehe auch diese Seite und diese Grafik ). Unser Mond hat 1/6 der Schwerkraft der Erde, also grob gesagt würde der gleiche durchschnittliche Druck, den Sie hier auf der Erde auf Meereshöhe spüren würden, irgendwo zwischen 300 und 600 km tief in Ihrem Loch liegen. Wenn Sie damit einverstanden sind, dass der Startdruck etwas niedriger ist, können Sie die obere Tiefe möglicherweise auf 285 - 250 km erhöhen, bevor durchschnittliche Menschen Probleme (wie den Tod) bekommen.

Wenn Ihre Röhre viele, viele Kilometer im Durchmesser hat, könnte die Luft im Inneren je nach Volumen definitiv mehrere Jahrhunderte bis Jahrtausende oder länger halten.

Szenario 2: Gas kontinuierlich nachfüllen:

Dies ist die einfacher zu handhabende Situation. Sie entscheiden, wie tief Ihre Menschen in das Loch eindringen sollen, und füllen einfach so viel Luft wie nötig ein, bis Sie Ihren Zieldruck für eine bestimmte Tiefe erreichen. Sie pumpen ständig mehr Gas hinein, um die Luft zu ersetzen, die in den Weltraum austritt. Dies hat auch den Vorteil, dass Sie die Tiefe, die Ihre Bevölkerung einnimmt, frei ändern können, falls Sie jemals einen Grund dazu haben sollten.

Erwähnenswert ist auch, dass Sie theoretisch umso mehr Schutz vor Strahlung erhalten, je mehr Atmosphäre über Ihrem Kopf ist.

Offensichtlich machen wir hier viele Annahmen, und die Mathematik ist nur eine sehr grobe Schätzung. Aber dies sollte Ihnen im Wesentlichen eine Vorstellung davon geben, was Ihre gewünschte Umgebung erfordern würde.

(Anmerkung 1: Über den Rahmen dieser Frage hinaus kann die Veränderung des Gasgemisches den Druckbereich beeinflussen, den ein Mensch sicher tolerieren kann. Siehe hier , hier und hier .)

(Anmerkung 2: Dies ist in Wirklichkeit nicht der Fall, aber das wirkt sich nicht wirklich auf diese Antwort aus. Siehe hier . Ebenso ignoriere ich alle Auswirkungen der Mondrotation.)

(Originalantwort folgt.)

Oder ist die Schwerkraft des Mondes zu schwach, um diese Atmosphäre zu binden?

Richtig; Der Mond kann keine Atmosphäre aufrechterhalten, die die typische atmosphärische Zusammensetzung der Erde nachahmt. Zunächst einmal würde die molekulare Geschwindigkeit der Primärgase die Austrittsgeschwindigkeit überschreiten . (Obwohl die Exosphäre des Mondes von Natur aus einige Spuren verschiedener Elemente und sogar etwas Wasserdampf enthält, ist sie im Wesentlichen immer noch ein Vakuum.)

Angenommen, eine solche Atmosphäre würde aktiv auf ~20 ° C stabilisiert, wo der Druck mindestens 13 Kilopascal betrug, und das obere Ende der Grube dem gleichen Abdampfen ausgesetzt ist wie jede frühere Mondatmosphäre.

Wie würden Sie dies trotzdem erreichen, wenn das Loch dem Weltraum ausgesetzt ist? Was würde die Luft davon abhalten, unter ihrem eigenen Druck aus dem Loch zu fliegen?

Da Sie in erster Linie Unobtanium verwenden, wäre es nicht sinnvoller, ein geschlossenes, unter Druck stehendes Rohr zu bauen, als eines, das dem Weltraum ausgesetzt ist? Sie könnten auch andere Probleme wie Strahlengefahren leichter vermeiden.

In jedem Fall kann die Schwerkraft die Atmosphäre nicht daran hindern, aus dem Loch zu entweichen. Dem Weltraum ausgesetzt, sind die fraglichen Gase einfach zu leicht für den Mond, um sie zu halten, egal wo Sie sie platzieren. Sie könnten für eine Weile mit einigen Spurenmolekülen enden, aber im Wesentlichen werden alle entweichen, weil die Schwerkraft des Mondes einfach nicht ausreicht.

Danke Dan. Was die Atmosphäre davon abhält, unter ihrem eigenen Druck aus dem Loch zu fliegen, ist die Schwerkraft. Stellen Sie sich vor, 1 m³ Luft auf Meereshöhe am Boden der vakuumgefüllten Grube freizusetzen; Steigt all diese Luft die 1.737 km gegen die Schwerkraft hinauf, um oben zu entkommen? Wie weit kommt es? Ich habe "Unobtanium" für die Wände der Grube ausgewählt, weil die absolute Tiefe der Grube eine Ablenkung ist; Mich interessiert eher, ob Menschen dort überleben könnten, ohne sich für ihr Überleben auf eine mechanische Luftschleuse verlassen zu müssen.
@RobertK.Bell Ja, die Luft würde immer noch entweichen. Die Schwerkraft des Mondes wird niemals stark genug sein, um die Gase festzuhalten, egal wie tief man geht. Dies liegt im Allgemeinen daran, dass die Schwerkraft abnimmt, je tiefer Sie gehen, und schließlich in der Mitte Null erreicht (sie kann zunächst etwas zunehmen, je nachdem, wie die genaue Zusammensetzung des Mondes aussieht, aber zu keinem Zeitpunkt wird dies jemals der Fall sein fast ausreichen, um die Atmosphäre zu halten). Das Gewicht der Atmosphäre reicht einfach nicht aus, um sie sozusagen am Entweichen zu hindern.
Also würde selbst das letzte Gasatom notwendigerweise das Loch hinaufsteigen und entkommen? Ich verstehe, dass die Schwerkraft an der Oberfläche am stärksten ist und nur auf dem Weg nach innen abnimmt, aber woher kommt die Energie, damit das letzte Teilchen ~ 1700 km nach oben springt? Sonnenwind wäre eher ein Hindernis, da er durch das Loch kommen müsste, um ihn zu erreichen.
@RobertK.Bell Die Energie kommt aus Wärme. Bereiche der Mondoberfläche in direktem Sonnenlicht erreichen Temperaturen von über 200 C (~400 F). Da die kinetische Energie des Gases direkt mit seiner Temperatur zusammenhängt, haben die Moleküle eine hohe kinetische Energie. Selbst wenn Sie eine Atmosphäre von der Größe der Erdatmosphäre auf den Mond kleben könnten und die Tagestemperaturen irgendwie ein paar hundert Grad kühler wären, könnten Sie bestenfalls ein paar Jahrhunderte dauern, bis alles verblutet, aber es wird passieren. (Wie ich bereits angedeutet habe, könnten einige zufällige Streuatome herumhängen, aber das war's.)
Danke Dan, aber das Gas in der Grube ist nicht an der Oberfläche und nicht denselben Temperaturen ausgesetzt.
@RobertK.Bell Selbst wenn Sie das Loch mit Schatten bedecken, ist der Punkt, dass diese Gase bei jeder Temperatur schließlich entweichen. Ich habe nur versucht, einen Punkt zu veranschaulichen, dass, wenn die gesamte Oberfläche mit einer riesigen Atmosphäre bedeckt wäre, sie immer noch entweichen würde. Sorry, dass ich das schlecht formuliert habe.
Sie haben gefragt, woher die Energie kommt. Die Antwort ist Hitze. Selbst eine gefrorene Flüssigkeit verdunstet langsam. 20 C könnten genauso gut 200 C sein. Es ist einfach eine inhärente Eigenschaft von Gas. Diese Gase sind einfach zu leicht.
Auch für Ihre Bedenken hinsichtlich des Sonnenwinds wäre das nicht einmal der Hauptfaktor. Leider werden sich diese speziellen Gase auch ohne Sonnenwind niemals dauerhaft auf diese Weise stabilisieren. Ich wünschte, ich hätte bessere Neuigkeiten, aber wenn Sie nicht eine Atmosphäre aus schwereren Elementen aufrechterhalten wollen, wird es einfach nicht funktionieren.
@RobertK.Bell Lassen Sie es mich so ausdrücken. Wenn Sie sagen: "Das, was die Atmosphäre davon abhält, unter ihrem eigenen Druck aus dem Loch zu fliegen, ist die Schwerkraft", ist das nicht richtig, weil die Schwerkraft die Atmosphäre nicht davon abhalten kann, überhaupt aus dem Loch zu entweichen. Sie könnten für eine Weile mit einigen Spurenmolekülen enden, aber im Wesentlichen werden alle entweichen, weil die Schwerkraft des Mondes einfach nicht ausreicht.
@RobertK.Bell Ich habe meine Antwort basierend auf unserer Diskussion mit einer klareren Schlussfolgerung geändert. Wenn das und die oben genannten paar Kommentare nicht helfen, lassen Sie mich bitte wissen, wo meine Erklärung zu kurz kommt, und ich werde versuchen, sie umzuformulieren oder zu erläutern.
Wie hoch wäre der atmosphärische Druckgradient in einem Tagebau, der bis zur Mitte des Mondes reicht?
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