Was ist der größte natürlich vorkommende Körper, der ausgehöhlt und sicher bewohnt werden könnte?

Einige Vorschläge für das Leben im Weltraum sehen vor, einen Asteroiden zu finden, der ein fester Brocken von etwas ist (z. B. Nickeleisen), ihn auszuhöhlen, eine Luftschleuse anzubringen, und Sie haben ein Zuhause. Fügen Sie ein Laufwerk hinzu und Sie haben ein Raumschiff. Natürlich ist die Realität etwas komplexer, aber die Idee hat ihren Wert.

Abgesehen von den Spin- und Schubkräften (viel zu viele Variablen für eine einfache Frage), was ist der größte natürlich vorkommende Weltraumkörper, von dem wir wissen oder vernünftigerweise annehmen können, dass er in einer für Menschen bequemen Reichweite ausgehöhlt und mit Luft gefüllt sein könnte , und lebte in?

Es ist einfach genug, sich einen Asteroiden vorzustellen, der im Wesentlichen der Eisenkern eines Planeten ist, daher ist es vernünftig anzunehmen, dass dies eine Option sein könnte. Auch ein Planetoid in oder nahe der Größe unseres Mondes könnte möglicherweise einen Kern haben, der ausreichend gekühlt wurde, um einen Tunnel zum Zentrum zu bilden und einen Hohlraum zu erzeugen. Unser Mond, der sich in der Umlaufbahn um die Erde befindet, hat einen erheblichen Gezeitenstress (der wahrscheinlich den Kern warm hält), also wäre er kein Kandidat. Obwohl ein identischer Körper in einer Sonnenumlaufbahn oder einer interstellaren Flugbahn ein Kandidat sein könnte.

Bearbeiten, um den Umfang zu verdeutlichenIch dachte, bei einem Planetoiden in einem signifikanten Gravitationsfeld (wie dem Mond oder der Erde) würde die gesamte Masse auf dem Körper verbleiben. Bei einem kleinen Körper würden „abgebaute“ Materialien wahrscheinlich verkauft oder ausgeworfen werden. Einige Materialien aus dem Körper oder einer externen Quelle würden zum Abdichten und Stützen verwendet. Für diese Frage definiere ich hohl so, dass im Wesentlichen eine versperrte Sicht auf das Innere ermöglicht wird, wie dies bei einer Dyson-Sphäre der Fall wäre. Kreuzstützen wären in einem kleinen Körper von einigen hundert Metern praktisch (obwohl sie gegen die hier verwendete Definition von Hohlraum verstoßen würden). Für einen Hohlraum, der Hunderte von Kilometern misst, wären Querstreben aus dem gleichen Grund unpraktisch, aus dem ein Weltraumaufzug unpraktisch ist; Es gibt keine vernünftigen Mittel, um mit ausreichender Stärke zu überspannen, ohne dass es zu Wabenbildung oder Tunnelbildung kommt.

Ich verstehe nicht wirklich, warum es hier eine Obergrenze gibt. Die Erde könnte ausgehöhlt werden. Eine Dyson-Sphäre ist im Grunde dasselbe...
@PearsonArtPhoto Ich habe darüber nachgedacht (bei einem kühlen Kern), dass Sie im Wesentlichen ein Schwerelosigkeitszentrum haben würden, aber es scheint, als würde der Kern, wenn Sie ihn natürlich belassen würden, dazu neigen, wie ein Minenschacht ohne Dachstützen zusammenzubrechen. Ein Dyson Sphere nimmt Material an, das für die Belastung angepasst ist. Auch ein Körper, der zu klein war, sagen wir, eine Asteroide, die eine natürliche Ansammlung kleinerer Teile war, hat sich wahrscheinlich nicht mit ausreichender Stärke gebildet, um mit irgendeiner inneren äußeren Kraft zusammenzuhalten.
Die Definition von "hohl" kann erweitert werden, um Stützen einzuschließen und sogar einen inneren Kern intakt zu lassen. Bitte spezifizieren Sie genauer, was mit "hohl" gemeint ist - es gibt nur wenige Bauingenieure, die eine Einladung zum Experimentieren bei unbegrenzter Förderung ablehnen würden.
Eine Sache, die wir berücksichtigen müssen, ist, dass Sie beim Aushöhlen eines Himmelskörpers auch den größten Teil seiner Masse entfernen, was bedeutet, dass die Gravitationskräfte auf die äußere Hülle viel geringer sind. Beantwortet die Frage nicht wirklich, aber ich dachte, es könnte im "großen Ganzen" fehlen, um es sich tatsächlich vorzustellen. Und wir können auch nicht davon ausgehen, aus welchen Materialien die Außenhülle bestehen würde (erforderliche Dicke, Zugfestigkeit, ...), sodass alle Berechnungen bestenfalls argumentativ sind. :|
Hmm. 16 Psyche en.wikipedia.org/wiki/16_Psyche ist der massereichste Asteroid vom Typ m. Vielleicht könnte es durch eine Art Schmelzprozess ausgehöhlt werden, wobei nur eine dünne Hülle zurückbleibt, und dann hochgeschleudert werden, um künstliche Schwerkraft zu erzeugen. Ich frage mich, wie der Schwerkraftgradient von Kopf zu Fuß aussehen würde, wenn wir beispielsweise 0,9 - 1 G an den Füßen annehmen. Ich frage mich auch, ob es einfach wäre, es luftdicht zu machen, insbesondere wenn es durch Schmelzen ausgehöhlt wird.
@TildalWave Es kommt darauf an, wie du es aushöhlst. 1) Bohren Sie einen Schaft in die Mitte eines Asteroiden und höhlen Sie den Kern aus. 2) Füllen Sie den Kern mit gefrorenen flüchtigen Bestandteilen auf. 3) Füllen Sie den Schacht mit dem beim Bohren entfernten Material, wodurch eine feste Abdichtung zwischen dem Asteroiden und dem Ersatzmaterial über seine gesamte Länge entsteht. 4) Erhitzen Sie den Asteroiden symmetrisch auf seinen Schmelzpunkt, beginnend an der Oberfläche und weiter innen, bis die Schmelzzone die flüchtigen Stoffe im Kern erreicht, wodurch er sich wie ein Ballon ausdehnt. - Sobald sich die Schale wieder verfestigt, haben Sie eine hohle Blase mit einer ähnlichen Masse wie das Original.
@TildalWave Ich kann keine Originalität beanspruchen; Ich habe die Idee aus John Ringos Troy Rising-Serie geklaut (und er hat sie woanders geklaut...). Ich werde später heute Abend sehen, ob ich es detaillierter aufschreibe.
@DanNeely Ich dachte, dass die meisten Asteroiden in der Nähe ziemlich frei von flüchtigen Stoffen sind. Ich kann Ihnen eine Referenz dafür besorgen, aber ein Papier, an das ich mich erinnere, argumentierte, dass flüssiges Wasser und Eis im Inneren eines Asteroiden mit einer Größe von 100 km einige 10 Millionen Jahre überdauern würden. Wir sind weit darüber hinaus, also frage ich mich, ob Sie gefrorene flüchtige Stoffe zum Kochen finden können ... es sei denn, Sie gehen an Jupiter vorbei.
@AlanSE Yup, die flüchtigen Stoffe müssten von woanders hergebracht werden; Aber wenn Sie das Energiebudget haben, um einen großen Asteroiden zum Schmelzen zu bringen, können Sie auch einen Kometen für den Abbau einfangen.
Eine Möglichkeit, es auszuhöhlen: Wählen Sie einen Körper mit einer großen Menge Wasser, weit genug von der Sonne entfernt (wie Europa). Bohren Sie durch die wenigen Kilometer Eis und pumpen Sie das flüssige Wasser aus der Mitte heraus.
@SF. Würde Eis genug Kraft haben, um dies zum Laufen zu bringen? Würden Sie erwarten, dass das Zentrum Wasser oder Stein/Feststoffe ist?
@JamesJenkins: Ich weiß es nicht!
Ich möchte diese Frage auf den Kopf stellen - das Mindestvolumen, das ein natürlich vorkommender Körper umschließen müsste, um Wohn- / Arbeitsraum für eine Besatzung von beispielsweise 5 Personen zu bieten, während er immer noch antreibbar ist und eine Strahlenabschirmung bietet, die der Erdatmosphäre entspricht
@Jeder, Sie bräuchten mehr Details zu den Anforderungen an den Wohn-/Arbeitsraum. Sowie lebenserhaltende Kriterien und körperliche und geistige Anforderungen für eine bestimmte Dauer.

Antworten (2)

Höhlen

Jeder große Körper, auf dem Sie zunächst an der Oberfläche überleben können, kann für künstliche oder natürliche Höhlen verwendet werden. Diese Beobachtung ist nicht vom Thema abgekommen, weil Sie nach dem Halten des atmosphärischen Drucks fragen. Mondhöhlen können etwa 60 Meter unter der Oberfläche einen Druck von 1 Atmosphäre aushalten, ohne das umgebende Gestein zu belasten. Ich verwende hier sehr einfache Mathematik. Wenn Sie von einer Dichte von 1 g/cm 3 ausgehen , werden 10 Meter Wassersäule benötigt, um 1 Atmosphäre Druck zu erreichen. Der Mond hat 1/6 der Schwerkraft der Erde. QED.

Dies ist bei vielen Körpern möglich. Es ist sogar auf Ceres, Vesta möglich. Aber wenn wir die Masse des Körpers verringern, muss die Höhle tiefer werden, um 1 Atmosphäre Druck aufrechtzuerhalten. Die Schwerkraft im Wohnbereich nimmt ebenfalls ab (natürlich, weil es sich um einen kleineren Körper handelt). Es gibt also nur ein begrenztes Set, für das dies sinnvoll wäre. Außerdem haben viele Körper von Anfang an eine Atmosphäre, sodass Höhlen dort entweder ergänzend oder nutzlos sind.

Einer der überzeugendsten Orte für Höhlen ist Merkur. Dies wird sehr gut von Jim Shifflett argumentiert . Ich meine das nicht in dem Sinne, dass eine Merkurkolonie dem Mars oder dem Mond vorzuziehen wäre (obwohl es diesbezüglich anscheinend Meinungsverschiedenheiten gibt), aber ich meine, dass Höhlen die einzige Möglichkeit sind, Stützpunkte auf Merkur zu errichten.

Zentrum Höhlen

Kehren wir zur Idee von Ceres zurück. Sein zentraler Druck beträgt etwa 200 Erdatmosphären. Die Schwerkraft nimmt ungefähr linear mit dem Radius zu, sodass Ihre Höhlen ungefähr 1/400 des Radius des Zwergplaneten unter der Oberfläche betragen würden. Du könntest auch schwimmen, aber das ist ein anderes Thema. Was passiert, wenn das Objekt so klein ist, dass die Höhle in der Mitte enden müsste?

Nun, zunächst hätten Sie Schwerelosigkeit. Nach dem Shell-Theorem würde sich die Schwerkraft aufgrund des Gesteins des Asteroiden selbst perfekt aufheben. Es gibt eine bestimmte Größe , bei der das Zentrum natürlich genau bei 1 Erdatmosphäre liegt. Damit befinden Sie sich auf einem Asteroiden mit einem Durchmesser von etwa 20 km. Viele Objekte dieser Größe sind gut katalogisiert, und wir wissen eine anständige Menge über sie. Gaspra ist ein Beispiel. Es ist auch nicht rund. Nun zu diesem Thema...

Es kann diskutiert werden, ob die Forderung nach fehlenden strukturellen Kräften sinnvoll ist. Dies ist das Thema der Planetaren Differenzierung . Viele Asteroiden sind Felsen, die im Inneren eines größeren Körpers geschmiedet wurden und sich nur durch Kollisionen voneinander getrennt haben. Das bedeutet, dass sie unter starkem Druck aus geschmolzenen Materialien gebildet worden sein könnten, wodurch ein ziemlich kohäsiver Körper entsteht. Das ist eigentlich ziemlich üblich. Es wird allgemein angenommen, dass die Differenzierungsgrenze deutlich über dem Durchmesserpunkt von 20 km liegt und wahrscheinlich näher an der Reichweite von 100 km liegt. Das wissen wir aus Mondstudien. Wir haben relativ weniger Informationen über freie Asteroiden, weil Monde historisch gesehen ein naheliegenderer Objekttyp für die Untersuchung waren und ihre Größe mehr in Richtung größerer Größen verschoben ist.

Um diese Tirade zusammenzufassen, lassen Sie mich Folgendes feststellen:

F: Könnten Sie das Zentrum eines 20 km großen Asteroiden leeren und mit Gas füllen?

A: Es würde austreten, aber wenn Sie es daran hindern würden, sagen uns die Gesetze der Physik definitiv "ja".

F: Könnten Sie das Zentrum eines 20 km großen Asteroiden leeren und ihn dem Vakuum des Weltraums aussetzen?

A: Es könnte in sich zusammenfallen, aber wir wissen es nicht genau. Sie liegt nahe der Grenze der erforderlichen Materialfestigkeit. Es würde auch von der Größe des Hohlraums abhängen, den Sie schnitzen.

Es folgen auch einige offensichtliche Skalenargumente. Könnten Sie zum Beispiel das Zentrum eines 1 km großen Asteroiden aushöhlen und ihn ohne Zusammenbruch dem Weltraum aussetzen? Sicher. Wir haben ziemlich gute Chancen, dass das funktioniert, denn das kämpft nur gegen seine Eigengravitation. Die Tatsache, dass viel größere Objekte undifferenziert sind, bedeutet, dass seltsam geformte Strukturen im km-Maßstab ihrer Eigengravitation standhalten können. Aber „können“ ist etwas anderes als „wollen“. Dafür brauchen Sie die Bauingenieure.

Gravitationsballons

Machen wir uns also lächerlich. Was wäre, wenn ich ein 20 km großes Objekt nehmen, anfangen würde, die Mitte auszuhöhlen, es mit einer versiegelten Luftblase zu füllen … und ich einfach weitermachen würde? Wie groß könnte ich gehen, bevor es in einem großen Durcheinander zusammenbricht? Nun, es gibt per se keine Begrenzung.

Sie haben das Problem der natürlichen Differenzierung – das arbeitet gegen Sie. Es möchte Ihre Luftblase umkehren, indem es eine geringe Dichte (Luft) nach außen und eine hohe Dichte (Stein) in die Mitte bringt. Aber es ist von vornherein nicht differenziert, also wird das nicht so einfach passieren. Angenommen, Sie haben in der Mitte eine Luftblase mit einem Durchmesser von fast 20 km ausgehöhlt. Jetzt haben Sie fast den gesamten Stein bewegt und ihn in kleine Stücke zerbrochen. Nun, Studien von Asteroiden haben Sturzwinkel in der Größenordnung von 7% bis 14% Rise-to-Run festgestellt, das gleiche gilt für Sandhaufen auf der Erde (nicht überraschend). Sie könnten steile Winkel vermeiden, während Sie die Felsen neu anordnen, obwohl die Vorstellung eines dynamischen Versagens immer noch erschreckend ist. Es ist also möglichdass Sie Material einschließen könnten, um es in einem sehr großen Luftvolumen zu halten - alles ohne Materialstärke.

Da ist das Detail, dass sich der natürlich unterstützte Druck mit der Größe der Luftblase ändert. Dies folgt jedoch einer sehr vorhersehbaren Mathematik, die trivial zu berechnen ist. Die einzige wirkliche Grenze ist, wenn das Luftvolumen so erstaunlich groß wird, dass die Schwerkraft der Luft selbst den bewohnbaren Bereich begrenzt. Jemand hat genau darüber ein Science-Fiction-Buch geschrieben.

http://www.kschroeder.com/my-books/sun-of-suns

Nun, es gibt zwei Hauptfehler in der Vision, die dieser Autor malte.

  1. Er dachte, die Hülle müsse aus Kohlenstoffnanoröhren bestehen. Das ist lächerlich. Sie könnten es aus einer 10 km dicken Felsplatte machen. Sie haben Stabilitätsprobleme, aber was kümmert es Sie, wenn Sie trotzdem Kohlenstoffnanoröhren herstellen können ...
  2. Künstliche Schwerkraftlebensräume rotieren im freien Raum. Dadurch entstehen unmögliche Schleppkräfte. Ich habe in einem Blog über einen vernünftigen Weg geschrieben, es zu tun .

Das ist alles sehr phantasievolles Denken. Es gibt nur 2 Objekte im gesamten inneren Sonnensystem, die in ihrem Zentrum atembare Luft halten könnten - Eros und Phobos. Und selbst das wäre eine dünne, sauerstoffreiche Atmosphäre (wie Skylab).

Es könnte sein, dass die Herstellung von Atemluft überhaupt eine größere Herausforderung darstellt. Erdnahe Asteroiden sind alle viel zu klein für das verrückte Schema, das ich beschrieben habe. Es kann ihnen aber auch an ausreichend Wasserstoff und Stickstoff fehlen. Um die Materialien für das Leben zu bekommen, wäre zunächst eine Infrastruktur erforderlich. Wenn Sie einen Platz brauchen, um die von Ihnen produzierten Gase zu parken, sollte es im kosmischen Sinne nicht zu schwierig sein.

Ich komme auf die Frage zurück:

Was ist der größte natürlich vorkommende Weltraumkörper, den wir kennen oder dessen Existenz vernünftigerweise angenommen werden kann, der ausgehöhlt, in einer für Menschen angenehmen Entfernung mit Luft gefüllt und bewohnt werden könnte?

Das Problem ist, dass große Körper einen zentralen Druck haben, der für Menschen zu hoch ist. Wenn Ihre Grenze bei etwa 3 Erdatmosphären liegt (eine vernünftige biologische Grenze), wäre der größte Körper so etwas wie 132 Aethra , ein bescheidener Körper am inneren Rand des Asteroidengürtels. Wenn Sie die mittlere Luftblase jedoch groß genug machen würden, würde dieser Druck fallen.

Tolle Antwort, ich denke, Sie haben die Frage damit gerettet! Während ich es las, dachte ich an ein weiteres Hindernis - wie groß kann eine Masse "atembarer Luft" sein, bevor sie zu massiv wird, einen Kern bildet und schließlich zu einem massiven Fusionsreaktor (einem Stern) wird?
@TildalWave, das Science-Fiction-Buch über Virga, untersuchte die Luftmenge, bei der der Druckunterschied eine Rolle spielt - die äußeren Regionen haben dünne Luft wie Berge. Das reicht immer noch nicht aus, damit sich die Luft festhält (sie braucht immer noch die Wand). Etwas wie die Masse von Uranus wäre näher an der Grenze für eine stabil gebundene Luftmasse. Um eine Fusion zu erreichen, braucht man viele Größenordnungen mehr als das. Selbst der größte vernünftige Gravitationsballon wäre 10^10 mal zu wenig Masse.
Fantastische Antwort, ich kann mir keine bessere vorstellen, aber ich könnte mir auch keine so gute vorstellen. Ich werde es ein paar Tage lang nicht akzeptieren, um andere zu ermutigen, zu versuchen, eine bessere Antwort zu geben.
Wenn du antwortest, antwortest du wirklich. Ich habe den Kommentar über H und N auf Asteroiden vergrößert, weil ich letzte Woche versucht habe, nach dem Grundgestein des Mondes zu fragen, ob es wahrscheinlich beide Chemikalien enthält, nur basierend auf dem allgemeinen Wissen über die Zusammensetzung des Sonnensystems. Ich konnte kein Material darüber finden, ich muss nicht wissen, wie ich suchen soll. Wonach soll ich suchen? (Wenn ich es Ihnen so aufzwingen darf.)
@briligg Asteroiden haben aufgrund ihrer elementaren Häufigkeit etwa 0,1% Stickstoff . Das bedeutet, dass Sie, um 1 m^3 Luft zu bekommen, etwa 1 m^3 Gestein verarbeiten müssen, und das erscheint mir unvernünftig. Auf der Erde können wir es einfach aus der Luft kondensieren, und die Marsatmosphäre hat genug N2, um es zu verflüssigen. Asteroiden- oder Mondstädte könnten also N2 vom Mars importieren. Die Häufigkeit des Mondes ist ähnlich wie bei Asteroiden, aber die chemischen Formen sind ein komplizierteres Thema, das immer noch die Mondextraktion begünstigen könnte, und ich weiß nicht genug darüber.
Vielleicht ist es nur eine allgemeine Unbekannte, ich werde mich weiter umsehen. Dies ist jedoch ein hilfreicher Link. Mir ist nicht in den Sinn gekommen, dass Daten zu Elementen solche Informationen enthalten könnten.

Die größten Körper, die wir sicher nutzen könnten, indem wir sie aushöhlen, um inneren Lebensraum zu schaffen (wie ein Vorläufer eines O'Neill-Zylinders), wären Körper, deren Schwerkraft zu schwach ist, um die Materialien zu unterscheiden und den Körper zu kugelförmig zu machen. Ein kugelförmiger Körper impliziert, dass die Materialstärke des Asteroiden zu schwach ist, um die Materialmasse darüber zu tragen. Im Allgemeinen sind alle differenzierten Körper kugelförmig, aber beide Kriterien sind notwendig, da differenzierte Körper (wie Vesta) in kleinere differenzierte Stücke zerlegt werden können.

Anders ausgedrückt: Pluto und Ceres sind sicherlich zu groß.

Vesta und Pallas sind möglicherweise zu groß.

Wenn Sie die zusätzliche Einschränkung auferlegen möchten, den ganzen Körper für künstliche Schwerkraft drehen zu wollen, muss der Körper, nach dem Sie suchen sollten, hauptsächlich metallisch sein (Keramik / Steine ​​​​sind spannungsschwach).

Das bedeutet, dass Sie nach dem Kern von zerstörten Planetoiden suchen sollten, Körper wie Vesta , aber kleiner, wären ideal. Diese Tabelle der gemessenen Asteroidendichten weist darauf hin, dass die folgenden Asteroiden besonders gute Kandidaten sein könnten:

'# Name Dichtefehler Anmerkungen
4 Vesta 3,44 +/-0,12 Wahrscheinlich zu groß
20 Massalia 3,26 +/-0,60 145 km mittlerer Durchmesser
804 Hispania 4,90 +/-3,90 145 km mittlerer Durchmesser, riesige Fehlerbalken bei der Dichte

Visueller Vergleich der größten AsteroidenVergleich der größten Asteroiden

Jim, der Prozess des Aushöhlens (Entfernen von Kernmaterialien) selbst verändert die Massenverteilung dramatisch und je nachdem, wo Sie diese Masse platzieren, kann der Körper aus dem hydrostatischen Gleichgewicht geraten.
@TildalWave Stimmt, aber denken Sie daran, dass sich ein nicht kugelförmiger Körper sowieso nicht im hydrostatischen Gleichgewicht befindet. Wie in der ersten Antwort erwähnt - jemand, der dies plant, müsste tatsächlich viel Ingenieurskunst (Ausgleichsgewicht, Luftdruck und Rotationskraft mit Materialstärken) in das Projekt stecken und nicht nur auf ein paar Absätzen basieren " Faustregel". Aber ich denke, meine Prämisse ist solide - sphärische Körper sind zu groß, einige nicht-sphärische Körper sind immer noch zu groß.
@TildalWave, auch einer der SF-Größen, oder vielleicht O'Neill selbst schlug vor, ein kleines Rohr durch die Mitte eines metallischen Asteroiden zu bohren, es mit Wassereis zu füllen, die Enden zuzuschweißen, es zu drehen und das Ding dann mit reflektiertem Sonnenlicht zu erhitzen auf 2000+ F. Dies sollte das Wasser kochen, einen Aufblasdruck liefern und das Nickeleisen genug erweichen, damit es sich ausdehnen kann. Auf diese Weise sind nicht so viele Ausgrabungen erforderlich.
Was ist der größte natürlich vorkommende Körper, der ausgehöhlt und sicher bewohnt werden könnte?
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