Ich nehme an, dass die Art der Atmosphäre, die ein Planet aufrechterhalten kann, von seiner Schwerkraft, der Menge an Sonnenenergie, die er erhält, und dem Atomgewicht von Gasen abhängt. Das heißt, Jupiter könnte eine Wasserstoffatmosphäre haben, aber nicht die Erde, die sich mit einer Atmosphäre aus Stickstoff/Sauerstoff/Kohlendioxid begnügen muss. Wäre der Mond (wie der natürliche Satellit der Erde) in der Lage, eine stabile Atmosphäre von beispielsweise Argon aufrechtzuerhalten? Uranhexafluorid?
Was wäre die mathematische Formel?
Bearbeitet, um zu erklären, warum ich denke, dass dies kein Duplikat von "Wie kann man den Mond mit einer permanenten Atmosphäre bedecken?": Die ältere Frage scheint die Idee einer lungengängigen Atmosphäre impliziert zu haben ("Wie können wir den Mond mit einer dauerhaften Atmosphäre ähnlich der Erde bedecken " - Fettdruck von mir). Wie ich denke, dass die Hinweise auf Argon und Uranhexafluorid deutlich machen, geht es hier nicht um die Frage, wie man den Mond mit einer erdähnlichen Atmosphäre überziehen kann, sondern darum, welche Art von Atmosphäre der Mond haben könnte, obwohl er sich sehr von der Erde unterscheidet und folglich für erdähnliche Lebensformen nicht atmungsaktiv. (Die Hauptidee wäre, wie man dem Mond atmosphärischen Druck verleiht, damit Brüche in Sauerstoff-Stickstoff-Kuppeln repariert werden können, ohne dass die Gefahr besteht, dass Menschen in das Vakuum draußen gesaugt werden.)
Die Frage ist etwas komplexer als nur eine mathematische Formel und sollte wahrscheinlich in der Physik-SE oder der Weltraumforschung-SE gestellt werden, anstatt in Worldbuilding.
Das Hauptproblem ist - wie lange möchten Sie Ihre Atmosphäre beibehalten? Wenn Sie dem Mond jetzt eine erdähnliche Atmosphäre geben würden, würde er sie in ein paar Jahren nicht verlieren. Ihre Menschen könnten dort eine Zeit lang ganz gut leben. Und auch die Erde verliert Teile ihrer Atmosphäre - hauptsächlich Wasserstoff und Helium - und nimmt gleichzeitig kosmischen Schutt auf, der zumindest teilweise aus Wasser und Silikaten besteht und "neuen" Sauerstoff liefert und weniger Wasserstoff erweitern. Insgesamt scheint die Erde jedoch jedes Jahr an Gewicht zu verlieren .
Aber genau wie ein Stein, den Sie werfen, schließlich auf die Erde zurückfallen wird, wird ein Sauerstoffmolekül, das versucht zu entkommen, ebenfalls in die Atmosphäre "zurückfallen", wenn es nicht die Fluchtgeschwindigkeit erreicht . Sobald ein kosmischer Strahl Ihr Molekül trifft und es darüber hinaus beschleunigt, wird es für die Erde verloren gehen.
Nun ist die Fluchtgeschwindigkeit auf der Erde , und auf dem Mond, nur . Das heißt, Sie brauchen ca mal die Geschwindigkeit, auf der Erde. Aber die Formel für Energie ist , was erreichen bedeutet mal die Geschwindigkeit, die Sie brauchen mal die Energie. Oder um ein bestimmtes Molekül zu beschleunigen, um der Geschwindigkeit auf dem Mond zu entkommen, brauchen Sie weniger als die Energie, im Vergleich zur Erde.
Und da die Masse in dieser Formel linear ist, während die Geschwindigkeit quadratisch ist, müssen Sie die Masse viel mehr erhöhen, wenn Sie die "Anforderung" an die niedrigere Geschwindigkeit ausgleichen möchten - Sie müssen das Gewicht Ihres Atmosphärenmoleküls um a erhöhen Faktor 20, damit er die gleiche Energie benötigt, um den Planeten zu verlassen. Sauerstoff ( ) hat eine Molmasse von ca. 32, Argon hat 40, Uranhexafluorid ( ) 244. Aber um die gleiche Menge an Energie zu benötigen, um auf die Fluchtgeschwindigkeit zu beschleunigen, muss Ihr "Mondatmosphären"-Molekül ein Molgewicht von haben . (Beachten Sie, dass Argon hier ein schlechtes Beispiel ist. Die meisten gasförmigen Formen von Elementen haben Moleküle, die aus 2 Atomen bestehen; Edelgase nicht. Deshalb habe ich das Atomgewicht für Sauerstoff mit 2 multipliziert, aber nicht für Argon).
Mit anderen Worten, die Energie, die benötigt wird, um a zu entfernen Molekül vom Mond ist nur etwas mehr als ein Drittel der Energie, die benötigt wird, um a zu entfernen Molekül von der Erde. Also, ein Atmosphäre auf dem Mond würde wahrscheinlich viel kürzer dauern als eine Sauerstoffatmosphäre auf der Erde; Stickstoff ist etwas leichter, aber nicht so viel, also sind diese beiden vergleichbar.
Die Situation ist eigentlich schlimmer als "ein Drittel der Energie - 3-facher Verlust". Das kosmische Teilchen, das Ihr Molekül vom Mond entfernt, wird das Molekül auf der Erde nur beschleunigen. Sie brauchen ein zweites Teilchen, das das Erdmolekül in einem kurzen Zeitrahmen nach dem ersten aus der im Allgemeinen gleichen Richtung trifft, um es über die Schwelle zu drücken. Ein weiterer Grund dafür, dass der Mond seine Atmosphäre schneller verliert.
Und ein Problem mit - In vielen Fällen wird Ihr kosmischer Strahl Ihr Molekül nicht intakt lassen. Kosmische Strahlung zerfällt Moleküle zu einzelnen Atomen in der oberen Erdatmosphäre, wo sie Ozon bilden. Ich war nicht in der Lage, die Bindungsenergie darin zu finden , aber ich nehme an, es besteht eine gute Chance, dass es in Ihrer Mondatmosphäre in Uran und Fluorid getrennt wird, wobei das Fluorid leicht genug ist, um den Planeten zu verlassen, und metallisches Uran zurückbleibt.
Dabei habe ich das fehlende Magnetfeld des Mondes gar nicht berücksichtigt - während die meisten Teilchen des Sonnenwindes von der Erdatmosphäre abgelenkt werden, ist dies auf dem Mond nicht der Fall. Mehr Partikel treffen auf Ihre Atmosphäre - höherer Verlust.
Also, nein, Sie werden dem Mond keine stabile Langzeitatmosphäre geben können , egal welches Gas Sie verwenden.
Ich denke, der Mond könnte mit einer großen technischen Investition eine permanente Atmosphäre aufrechterhalten. Hat jemand Spaceballs gesehen? Im Ernst, mir kam die Idee, dass ein Planetendach machbar sein könnte. Grundsätzlich könnte ein hochfestes Gewebe von einer Atmosphäre über große Entfernungen über eine Mondstute für die Testphase aufgeblasen und dann so ausgedehnt werden, dass es den Mond vollständig in einer Höhe umgibt, die ausreicht, um zu vermeiden, dass Berggipfel kratzen – oder vielleicht an ihnen verankert werden, um eine Art Öffnung bereitzustellen (s) könnten zwischen Ankunft und Abflug geschlossen sein. Es könnte sowohl ein schwimmender Sonnenkollektor als auch ein Beschützer sein, vielleicht sogar mit der Fähigkeit entworfen, einen 24-Stunden-Tag/Nacht-Lichtzyklus zu simulieren (Die Menge an Sonnenenergie, die durch Mikrowellen auf Kollektoren am Boden gestrahlt wird, könnte für den Abbau von Ressourcen und die Erzeugung von verwendet werden Raketentreibstoffe, um die Amortisation der Investition zu unterstützen.
Wir könnten relativ leicht eine normale Sauerstoffatmosphäre von etwa 0,2 atm aufrechterhalten.
Wie die anderen Antworten erklärten, ist die Fluchtgeschwindigkeit vom Mond viel geringer als von der Erde, aber immer noch um ein Vielfaches höher als die mittlere Geschwindigkeit der Moleküle oder der Luft. Auch wenn es sehr schnell gehen wird. Verglichen mit dem Entweichen der Erdatmosphäre, deren charakteristische Zeit in Milliarden von Jahren liegt, würde die Atmosphäre des Mondes in einigen zehn Millionen Jahren entweichen.
Deshalb ist es schon lange vorbei. Aber wenn wir es irgendwie wieder auffüllen könnten, würden uns einige zehn Millionen Jahre völlig ausreichen.
Glücklicherweise enthält der Boden des Mondes viel Sauerstoff – er besteht hauptsächlich aus Oxid- und Silikatmineralien. Es gibt noch ein weiteres Problem: Es ist sehr stark gebunden, um den Sauerstoff beispielsweise aus Aluminiumtrioxid (einem der dichtesten Bestandteile des Mondbodens) zu extrahieren, wären Hochtechnologie, 2000K-Öfen und ein enormer Energiebedarf erforderlich.
Auf dem Mond gibt es im Wesentlichen keinen Stickstoff, keinen Kohlenstoff und keinen Wasserstoff.
Der Mangel an N2 ist kein großes Problem - es ist inert, nur die organischen Materialien verwenden es, aber es ist eine ziemlich kleine Menge in planetarischen Größen.
Der Mangel an Kohlenstoff ist ein größeres Problem, aber wahrscheinlich gibt es viele Karbonatmineralien tief in seinem Boden. Es sollte regelmäßig abgebaut werden.
Der Mangel an Wasserstoff ist das größte Problem. Obwohl es ein bisschen Eis an den Polen des Mondes gibt, ist es viel zu wenig, um eine nachhaltige Ökologie zu unterstützen. Es sollte von einem anderen Planeten (Mond) übertragen werden. Ich denke, die einfachste Lösung wäre, es mit Railguns von einem eisigen Mond mit geringer Fluchtgeschwindigkeit dorthin zu schießen.
JDługosz