Was könnte Felsformationen (kleine Steine, Felsbrocken, Inseln...) zum Schweben bringen?

Sie sehen dies in einer ganzen Reihe von Filmen / Büchern (denken Sie an Avatar). Was könnte eine begründete physikalische Erklärung für ein solches Phänomen sein? Würde diese Erklärung andere Dinge auf einem Planeten beeinflussen?

Wie die meisten Dinge in der Natur gehe ich davon aus, dass dies auf eine Kombination vieler Faktoren zurückzuführen sein könnte. Magnetische Abstoßung (vorgeschlagen von @smithkm), wasserstoffspeichernde Organismen, Luft mit hoher Dichte, Gestein mit geringer Dichte (wie vulkanische poröse Vorsprünge) ... was könnte sonst noch eingreifen, damit es ausreicht?

Es wurde eine geringe Schwerkraft vorgeschlagen, aber dies würde bedeuten, dass die Luft selbst Objekten weniger Auftrieb verleihen würde und somit nicht dazu beitragen würde, dass unsere Steine ​​​​fliegen.

Benötigen Sie echte Felsen oder nur eine schwimmende felsenähnliche Plattform, um Szenen darauf zu inszenieren?
Jede Art von schwimmendem Boden, der Leben beherbergen könnte, war der erste Wunsch.

Antworten (8)

Mit der derzeit bekannten Physik ist dies im Wesentlichen unmöglich.

Um jedoch in spekulativere Bereiche vorzudringen, wenn Sie ein Material postulieren, das sich ähnlich wie entgegengesetzte Magnetfelder abstößt, könnten Sie "schwimmende Felsen" erzeugen. Das Material müsste sich nicht abstoßen, wenn es zusammengehalten wird, aber Stücke davon würden so wirken, dass sie sich gegenseitig abstoßen.

Jetzt säen Abschnitte dieses Materials durch herkömmliches Gestein, und wo immer die Konzentration hoch genug wäre, würden sie dazu führen, dass sie sich auseinander bewegen. Dies wäre jedoch instabil und die Felsen würden dazu neigen, sich zu bewegen und zu stürzen und schließlich zu Boden zu fallen, wenn sie einen Bereich finden, der nicht mit dem Material besät ist, also gibt uns das nicht das, was wir wollen.

Das hat eine Reihe von Problemen, also schauen wir uns einen anderen Ansatz an, der die Abstoßungsprobleme vermeidet. Gehen wir einen Schritt weiter und sagen, dass das Material eine Kraft erzeugt, die Teile davon "verriegelt". So bricht zum Beispiel ein Vulkan aus, der dieses Material enthält, es fließt heraus und kühlt ab. Magnetische Verriegelung ist ein reales Phänomen, das bei supraleitenden Materialien und magnetischen Kraftlinien auftritt, obwohl dies dem Supraleiter immer noch erlaubt, sich entlang der Kraftlinien zu bewegen. Nehmen wir an, diese hypothetische Kraft geht jedoch etwas weiter.

Wenn es abkühlt, verriegeln sich die Kraftlinien und alle Brocken dieses hypothetischen Materials rasten miteinander ein.

Jetzt kommt es zu Erosion, Tieren, Vegetation und der Fels beginnt abgetragen zu werden. Aber das Material hält seine Position. (Offensichtlich ist es härter als die meisten Steine, also hält es länger).

Schließlich landen Sie bei isolierten schwimmenden Inseln, auf denen Vegetation wächst, die alle in Position und stationär gehalten werden.

Oberflächennahe geostationäre Umlaufbahn

Perfekt stille oder langsam rotierende Felsen, die über einem Punkt auf der Oberfläche eines Planeten schweben, können erreicht werden und könnten in der Natur gefunden werden, obwohl sie selten sind. Da diese Erklärung jedoch nur auf einem Planeten ohne Atmosphäre funktioniert (oder nur für Felsen über der Atmosphäre funktioniert), ist sie möglicherweise für die Weltenbildung nicht nützlich, wenn eine Atmosphäre ein integraler Bestandteil der Welt ist. Es könnte jedoch immer noch von Interesse sein, eine Welt auf einem felsigen Planeten ohne Atmosphäre mit einigen geschlossenen Lebensräumen zu bauen, in denen sich das Leben befindet. Man könnte sich auch eine Welt vorstellen, in der es nur Atmosphäre in Schluchten gibt und über den Schluchten schwebende Felsformationen zu sehen sind.

Das Prinzip der geostationären Umlaufbahn wird verwendet, um Kommunikationssatelliten an einem festen Punkt am Himmel zu platzieren. Ein Gestein in einer geostationären Umlaufbahn kann über einem Punkt auf der Planetenoberfläche fixiert werden und entweder immer auf dieselbe Seite des Planeten zeigen oder sich relativ zum Planeten langsam drehen. Die Einschränkung besteht darin, dass sich diese Felsen nur in einem ganz bestimmten Umlaufradius direkt über dem Äquator befinden können.

Oberflächenverhalten

Ein Planet, der sich schnell genug dreht, um eine geostationäre Umlaufbahn nahe der Oberfläche zu ermöglichen, würde zu seltsamen Nebenwirkungen führen. Jedes auf dem Äquator ruhende Objekt würde sich mit einer Geschwindigkeit nahe der Umlaufgeschwindigkeit bewegen. Es hätte ein viel geringeres Gewicht als ähnliche Objekte an den Polen. Ein Planet, der sich so schnell dreht, würde abgeflacht werden, mit dem Äquator in größerer Höhe. Ein Planet, der sich auf diese Geschwindigkeit dreht, nachdem er sich zu einer Kugel verfestigt hat, würde dazu führen, dass jedes Objekt nördlich oder südlich des Äquators eine Kraft in Richtung Äquator erfährt, was zu einer Drift von losen Felsen in Richtung Äquator führt. Wenn die Höhe der geostationären Umlaufbahn nur knapp über dem Bodenniveau wäre, könnte dies dazu führen, dass Gestein seinen Weg in die Umlaufbahn findet, indem es einfach in Richtung Äquator driftet und sich dann anhäuft.

Anforderungen

Die Ableitung der geostationären Höhe ergibt

r = G M ω 2 3

Um den Umlaufradius (und damit die Höhe) zu verringern, muss entweder die Masse des Planeten verringert oder die Winkelgeschwindigkeit erhöht werden. Um also geostationär umlaufende Felsen in der Nähe der Oberfläche zu finden, müssten Sie sich kleine, sich schnell drehende Planeten (oder Monde) ansehen.

Viel größere Steine

Zwei ähnlich große felsige Planeten, die einander umkreisen, würden aufgrund von Gezeitenkräften dazu neigen, ihre Rotation zu verlangsamen, bis sie durch die Gezeiten blockiert werden und einander zugewandt sind. Jeder hätte dann einen riesigen Felsen, der direkt über einem Punkt auf seiner Oberfläche schwebte. Ich vermute jedoch, dass Sie das nicht gemeint haben ... Wenn Sie das zulassen, gibt es ein ähnliches Beispiel in der Nähe von zu Hause. Der Erdmond dreht sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie er umkreist und zeigt (fast) dieselbe Seite zur Erde. Aufgrund von Librationseffekten ist es nicht ganz perfekt . Wenn Sie also auf dem Mond stehen und in den Himmel schauen, ist die Erde nicht fixiert, sondern ihre Bewegung ist auf einen kleinen Bereich des Himmels beschränkt. Auf dem Mond schwebt ein riesiger Felsen am Himmel, aber er bleibt nicht ganz still...

Das ist so eine coole Antwort. Absolut nicht das, was ich erwartet hatte. Ich werde dazu eine Frage stellen: worldbuilding.stackexchange.com/q/339/90
Vielen Dank! Ich liebe diese neue Frage und es ist faszinierend, Antworten zu sehen, die viel detaillierter sind als ich hier habe.
Wenn Sie die gezeitenabhängige Idee mögen, gibt es ein Buch mit dem Titel Flight of The Dragonfly / Rocheworld, von dem ein großer Teil auf zwei gezeitenabhängigen Planeten spielt, die eine gemeinsame Atmosphäre haben.

Dies ist ein Trope, den ich zuvor verwendet habe und wahrscheinlich wieder verwenden werde, und in jedem einzelnen Fall habe ich nie versucht, es als etwas anderes als Magie zu erklären, da es so unwahrscheinlich ist, dass es im wirklichen, wissenschaftlich erklärbaren Universum vorkommt kann nichts anderes als Magie sein.

Mit einem ausreichend starken Magnetfeld und einer großen Menge an supraleitendem Material in seinem Kern kann Gestein zum Schweben gebracht werden, aber wir sprechen von genügend Magnetismus, um die Uhr vom Handgelenk zu reißen, und es wäre eine sehr ungewöhnliche Umgebung, dies zu erzeugen viel Raumtemperatur-Supraleiter.

Eine andere Möglichkeit ist, dass das, was wie Gestein aussieht, tatsächlich eine sehr dünne Schicht über einer Lebensform ist, die in der Lage ist, Wasserstoff in ausreichenden Mengen zu produzieren, um mithilfe von wasserstoffgefüllten Brennstoffzellen zu schweben. Wasserstoff ist viel wahrscheinlicher als Helium, da Wasserstoff ziemlich reaktiv ist und daher leichter von einer Lebensform manipuliert werden kann als Helium, das inert ist. Es hat den zusätzlichen Vorteil, dass es schwimmfähiger ist.

Was ist, wenn es (wie die meisten Dinge in der Natur) eine Kombination vieler Faktoren ist? Magnetische Abstoßung (empfohlen von @smithkm), heliumspeichernde Organismen, was könnte noch dazu beitragen?

Wissenschaftlich fundiert, brauchen Sie nach oben gerichtete Kräfte, um den nach unten gerichteten Kräften gleich zu sein.

Abwärtskräfte sind einfach: Sie können als Schwerkraft wieder aufgenommen werden. Sie kleiner zu machen weist auf Materialien mit geringer Dichte und Welten mit geringer Schwerkraft hin. Bei geringer Dichte handelt es sich nicht nur um Minerale mit geringer Dichte, sondern auch um verkrustetes Gas in Hohlräumen.

Aufwärtskräfte brauchen viel Hilfe, um das Niveau der Schwerkraft zu erreichen, sogar ein reduziertes, wie oben erklärt. Für diese können Sie verwenden:

  • Aerostatischer Auftrieb, größer je dichter die Luft ist.
  • Magnetische Abstoßung. Dies hat das Problem, dass Magnetismus bipolar ist: Jeder Felsbrocken hätte einen Nordpol und einen Südpol, und wenn er aufgrund von Abstoßung schwebt, sich aber irgendwie nach oben und unten dreht, wird er mit zusätzlicher Kraft vom Boden angezogen. Und diese Turndowns sind ziemlich häufig, fast unvermeidlich.
  • Luftstrom nach oben. Diese sind tatsächlich in der Lage, Dinge zu tragen, die schwerer als Luft sind, wie Drachenflieger, aber die meisten von ihnen brauchen Bewegung, um zu funktionieren.
  • Elektrostatische Abstoßung. Ähnlich wie magnetische Abstoßung, aber in diesem Fall können Felsbrocken auf einem Schild aufgeladen werden. Wenn dies mit dem Boden übereinstimmt, schweben sie. Aber es wird Tonnen von Nebenwirkungen verursachen, von aufsteigenden Haaren bis hin zu elektrischen Entladungen (Strahlen).
Ich freue mich, die Liste der Aufwärtskräfte mit jedem Beitrag zu aktualisieren
Vielleicht können Sie die Materialien mit geringer Dichte in Ihrem Abschnitt "aerostatischer Auftrieb" und die "in einem Magnetfeld eingeschlossenen Quantensupraleiter" in die Liste aufnehmen. Sekundäreffekte (erwähnt für die "elektrostatische Abstoßung") sind meiner Meinung nach auch eine ziemlich großartige Sache.
Es besteht auch die Möglichkeit, dass der Stein selbst eine Art Schub erzeugt. Das könnte eine Art Röhrensystem durch das Gestein sein, das die Luft darin erwärmt und dafür sorgt, dass sie durch düsenartige Strukturen an der Unterseite mit Ansaugöffnungen an der Oberseite oder an den Seiten ausgestoßen wird. Oder es könnten Organismen sein, die Substanzen im Gestein abbauen (z. B. Natriumbikarbonat), und die Gase werden durch nach unten gerichtete Öffnungen/Düsen ausgestoßen.

Das einzige, was mir auch nur annähernd nahe kommt, ist die Kombination aus einem Supraleiter und einem starken Magneten, aber selbst wenn es auf natürliche Weise gigantische Klumpen Supraleiter und immens starke Permanentmagnete gäbe. Sie konnten sie nicht dazu bringen, sehr hoch zu schweben, wenn Sie es überhaupt zum Laufen bringen könnten.

Der aerostatische Auftrieb von einem Gas niedriger Dichte oder Vakuumtaschen würde nicht funktionieren. Wasserstoff hebt die Dinge nicht wirklich an, er wird einfach nicht so stark nach unten gezogen wie die Luft, die er verdrängt (er ist weniger dicht), und diese schwerere Luft, die nach unten gezogen wird, erzeugt wirklich den aerostatischen Auftrieb. Sie müssten das "Gestein" so wiegen wie ein gleiches Luftvolumen, aber Gestein ist viel, viel, viel dichter als Luft. Sie müssten den "Stein" zu einer Blase um das Hebegas oder Vakuum machen, mit Wänden, die so dünn sind, dass sie wahrscheinlich sofort zerbrechen. Eine geringe Schwerkraft würde nicht helfen, da sie auch das Gewicht der Luft um den gleichen Betrag verringern würde, was zu keiner Änderung des Auftriebs führen würde.

Es ist nicht wirklich Teil der Antwort, aber fliegende Steine ​​sind so ziemlich pure Magie, und das ist wirklich der Punkt. Die Magie mag in wissenschaftliche Augenwischerei gekleidet sein, aber sie ist immer noch Magie, und ihr Sinn ist es, magisch zu sein.
Was ist mit (darüber denke ich gerade nach) Pflanzen oder Bakterien, einem Lebewesen, das überall im Boden eingebettet ist und sehr leichtes Gas (Helium) emittiert (oder sammelt)? Würde es das lösen?
@FlorianPellet, es sei denn, die Schwerkraft der Welt wäre sehr gering ...
Wie niedrig dann? Gibt es Mathe, die das wissen? Wie viel Helium pro Kubikmeter Gestein braucht man zum Schweben?
Der aerostatische Auftrieb ist proportional zur Schwerkraft. Es ist wirklich nur das Gewicht der Luft. Weniger Schwerkraft bedeutet also, dass die Luft weniger wiegt und den darin enthaltenen Objekten weniger übrig bleibt. Außerdem müsste jeder Organismus, der Helium produzieren kann, einen Stoffwechsel haben, der auf Kernfusion basiert. Wenn Sie Ihre Frage überarbeiten möchten, bearbeiten Sie die Frage, anstatt in den Kommentaren zu antworten.
Was ist also mit einer sehr starken, aber leichten Felsformation (wie eine Art natürliche Kohlefaser) in einer porösen Struktur?
@FlorianPellet - Bimsstein ist genau das im Vergleich zu Wasser. Wenn die "Luft" dichter wäre als die Mischung, die die Erde hat, dann würden mehr Dinge darauf schweben.
@Bobson Die Luft müsste einige Größenordnungen dichter sein als der Meeresspiegel der Erde, um selbst Bimsstein spürbar zu beeinflussen. Das hätte einige ziemlich extreme Auswirkungen wie einen immensen atmosphärischen Druck und einen erheblichen Auftrieb. Der Druck würde Bimsstein wahrscheinlich zerdrücken, es sei denn, das Gas in den Blasen steht unter ähnlichem Druck und ist daher wahrscheinlich wesentlich dichter als der Bimsstein der Erde, was zu einer positiven Rückkopplungsschleife führt. Bimsstein schwimmt nicht im Wasser, wenn es vollständig mit Wasser gefüllt ist.
@smithkm - Die Atmosphäre auf Meereshöhe der Venus ist etwa 92-mal so dicht wie die der Erde. Und Sie haben Recht mit durchnässtem Bimsstein, aber wenn Sie eine Schicht eines leichteren Gases auf einer Schicht eines schwereren hätten, könnte das Bimssteinäquivalent auf dieser Grenzschicht schwimmen und "fliegen".
Das ist alles sehr nützlich. Ich werde versuchen, die Mathematik zu tun, um die beteiligten Zahlen zu sehen. Will jemand alles in einer Antwort zusammenfassen?

Jede Art von schwimmendem Boden, der Leben beherbergen könnte, war der erste Wunsch.

Das ist einfacher als Steine.

Marsgroße Welt, die einen Gasriesen umkreist. Um es zu terraformen, wird Masse aus der Atmosphäre des Gasriesen abgeblasen, in Plasma umgewandelt und auf dem Mond abgeladen. Die Atmosphäre besteht hauptsächlich aus Helium und großen Mengen Fluorkohlenstoff, um einen Treibhauseffekt zu erzeugen und die Atmosphäre für einige hunderttausend Jahre aufrechtzuerhalten. Die atmosphärische Dichte ist 2-3 mal so groß wie die der Erde, aber größtenteils inert, abgesehen von Spuren von Stickstoff, CO2 und Sauerstoff, die bei diesen Drücken in kleinen Mengen leicht atembar sind

Probleme treten auf, wenn sich der Planet erwärmt, weil riesige Mengen an CO2 und Eis Teil der strukturellen Geologie auf einem Planeten sind, der nie aufgetaut ist. Während er sich erwärmt, hebt, bricht und rutscht der Boden willkürlich und katastrophal in pyroklastischen Strömen, die alles Lebende zermalmen und ersticken. Der gleiche Effekt bewirkt, dass ein plötzliches riesiges Senkloch plötzlich zusammenbricht. Tiefer gelegene Gebiete können ohne Vorwarnung mit erstickendem CO2 überschwemmt werden, das aus Hochland fließt.

Bodenwinde sind sehr gefährlich. Die Winde haben den 2-3-fachen kinetischen Schlag wie der Wind mit der gleichen Geschwindigkeit auf der Erde. Schlimmer noch, die geringe Schwerkraft erleichtert das Aufnehmen von Staub und sogar Kieselsteinen. Glücklicherweise überträgt die dicke Atmosphäre Wärme effizient, sodass solche Stürme eher lokal begrenzt sind.

Die Oberfläche ist zu gefährlich, um dauerhaft darauf zu leben.

Die 1/3 Erdanziehungskraft und die 2-3 fache Atmosphäre machen das Fliegen viel einfacher. Die Lösung für Kolonisten besteht darin, pflanzenähnliche Organismen zu konstruieren, die zu frei schwebenden Ballons heranwachsen. Mal anbinden, mal schwebend. Ihr Auftrieb kommt von reinem Helium im Inneren, das sie durch Sonneneinstrahlung erwärmen. Sie gewinnen nicht viel Höhe, gerade genug, um etwas über die chaotische Landschaft zu sagen.

Obwohl sie pflanzenähnlich sind, haben sie einige tierische Eigenschaften, da sie die Umgebung wahrnehmen und sich entsprechend bewegen müssen

Sie haben einen langen Schwanz aus leichten Ranken, mit denen sie sich bei Bedarf verankern, aber den Rest stabil halten. Oben sind sie scheibenförmig mit Gaszellen, die wie große Blütenblätter ausstrahlen. Das Blütenblatt bietet eine kompakte Photosynthese, indem es die gesamte äußere Membran als Chromoplasten verwendet. Die flache Form bietet aktiven Halt in der dichten Atmosphäre und sorgt bei Wind für Auftrieb. Dort bildet die obere Mitte entweder eine konvexe Kuppelform oder eine konkave Schalenform.

Sie sehen ein bisschen aus wie eine Sonnenblume mit sehr großen, ziemlich dicken, durchsichtigen grünen Blättern, die herausragen. Sie können die Größe eines großen Sportstadions mit einer Kuppelfläche von 300 Metern im Durchmesser und 600 Metern blattförmiger Aufzugszelle erreichen, die nach außen strahlt.

Auf der Kuppel- oder Schalenform befindet sich eine Flechte, die als dünner, aber effektiver Boden/Anker für verschiedene Pflanzenarten dient. Menschen leben und bewirtschaften die "Inseln".

Der Flug in der dichten Atmosphäre ist sehr einfach. Menschen können mit großen Flügeln fast vom Boden schlagen (aber nicht ganz). Luftschiffe benötigen nur ein Drittel der Gassäcke auf der Erde. Auch die Flügel sind klein. Dampfmaschinen liefern genug Energie für den Flug. Segelflugzeuge funktionieren sehr gut, können große Entfernungen zurücklegen und ziemlich große Nutzlasten tragen.

Der Boden ist tückisch und bewegt sich ständig, mit heulenden Winden. Die meisten Menschen bleiben in der Luft, bewirtschaften die Inseln und reisen mit dem Flugzeug. Sie kommen nur an die Oberfläche, um Schwerindustrie abzubauen und aufzubauen. Menschen, die sich auf dem Boden durchschlagen, sind Nomaden und verlassen sich zunehmend auf Raubzüge, da sie nicht lange genug an einem Ort bleiben können, um etwas zu pflanzen oder zu bauen.

Los geht's, schwimmende Insel, die sich wie Felsen anfühlen würde, wenn man darauf steht. Strombetriebene Luftschiffe, chaotisch sich bewegende Erde unter ihnen, verrückte Barbaren, die lauern.

Es gibt keinen guten Weg, dies mit der uns bekannten Physik zu tun:

1) Gestein geringer Dichte: sehr schwierig, da ein Feststoff in allen Fällen viel schwerer ist als ein Gas. Die besten Ausnahmen sind eingeschlossene Hohlräume oder leichtere Gase in den Felsen. Gesteine ​​​​bestehen jedoch aus Kieselsäuren, die zu dicht und porös sind. Ein kleiner Erfolg könnte möglich sein, wenn man sich bei der Geopolymerchemie Freiheiten nimmt und so tut, als wäre es wirklich wie ein Polymer.

2) Supraleitende Materialien: sind selten, haben eine niedrige Temperatur und würden unglaublich starke Felder erfordern, um Levitation zu induzieren

3) aufwind: nicht wirklich was du wolltest oder? würde unglaublich starke Winde in genau einem Bereich erfordern, um zu verhindern, dass es sich in eine bestimmte Richtung bewegt

4) Schallanhebung; großartig, aber würde die Bildung sehr konstanter Schwingungen auf genau die richtige Weise erfordern und sehr konsistent sein

5) Antigravitation; Für Fantasy/Scify-Settings ist dies normalerweise die beste Wahl, da es neue Technologien erleichtert. Ein natürliches fiktives Material könnte beschrieben werden, das mit dem mangelnden Verständnis der Quantengravitation spielt, um entweder für Gravitationsfelder undurchlässig zu sein (Erste Menschen im Mond durch Brunnen) oder die Schwerkraft unter bestimmten Bedingungen zu ignorieren (ich denke, Edge Chronicles hat dies getan, als die Felsen waren heiß) oder ein Missbrauch des Begriffs Antimaterie, der so tut, als wäre es ein Material, das Materie abstößt.

Chemische Reaktion in einigen kurzen Wegen.

Lassen Sie mich das erklären: Wenn die kleinen Steine ​​von leichter Art sind (vulkanisch oder ähnliches) und von chemisch aktiver Materie, könnte es möglich sein, dass sie sich für einige Zeit anheben, wenn sie auf eine andere Flüssigkeit oder chemische Substanz reagieren. Es könnte ein Brennen geben, das sie in die Höhe treibt, oder die aufgebaute Hitze hat sich im Stein verfangen (man spricht immer noch von Vulkanstein mit schwammartigen arktischen Schlägen) und sie wie kleine Heißluftballons anheben.

im Beispiel: Auf der Oberfläche des Steins verhindert ein Moosteppich, dass die Luft aus dem Stein herausquillt. Der Stein wiegt an und für sich schon einige Gramm, das Moos auch. Dann beginnt der Boden des Steins auf etwas zu reagieren und sich zu erwärmen. Heißes Gas kommt in den Stein. Dann kann sich der Stein für einige Sekunden anheben, bevor sich seine schwerere Spitze dreht und er zurück auf den Boden fällt.

Sie haben also eine leichte Levitation. Sehr spekulativ, aber auch wahrscheinlicher als Magie ;) (wenn Sie sehr leichte chemische Steine ​​finden, auf denen sich Moos gerne ausruht)