Plausibilität schwimmender Wale

Traurigerweise Nein. Tl;dr: Die Mindestgröße einer solchen Kreatur liegt im Kilometerbereich und ist daher ziemlich unmöglich. Versuchen Sie stattdessen, die Kreatur zu einer Art kolonialen Organismus zu machen und Ihren Planeten zu stärken.

Betrachten wir zunächst die einfache Hypothese: Wie viel Wasserstoff würde es brauchen, um einen Wal einfach hochzuheben ? Nun, ein Blauwal wiegt 200 Tonnen – das sind 200.000 kg. Jeder Kubikmeter Wasserstoff kann etwa 1,1 kg heben, um einen Wal zu heben, sprechen wir also von 181.000 Kubikmeter Luft. Dies ist ungefähr so ​​​​groß wie die Hindenburg oder Ihr klassischer Zeppelin - den Sie wahrscheinlich für viel kleiner halten, als er tatsächlich ist:

Es erinnert auch an einige wirklich lustige mentale Bilder eines Wals, der durch den Himmel schwebt, während er am Boden eines Zeppelins festgeschnallt ist. Leider ist dieser Vergleich nicht hilfreich, da angenommen wird, dass die Haut des Zeppelins ein vernachlässigbares Gewicht hat – etwas, das wir mit der Biologie nicht tun können.

Nehmen wir also einen kugelförmigen Wal an.

Was wir hier herauszufinden versuchen, ist die Mindestgröße eines biologischen Gassacks. Wir modellieren das als eine Sphäre von$H_2$Gas umgeben von einer dünnen Hauthülle.

Achtung, Physik unten

Unsere anfängliche Gleichung beginnt ziemlich einfach:

$V_{hyd}*F_{buoy} = M_{skin\ shell} = V_{shell}*\rho_{shell}$

wo$\rho$ist die Dichte unserer Schale.

Dies wird dann erweitert, um uns einige tatsächliche Formeln zu geben. Wir versuchen, den Radius dieses biologischen Gassacks zu lösen, also hoffen wir, am Ende dabei zu landen$r$allein auf einer Seite gleich einem Haufen Zahlen gesetzt.

$\frac{4}{3}\pi r^3*F_{buoy} = 4\pi r^2t*\rho_{shell}$

Wo$t$ist die Dicke der Schale - ich gehe davon aus, dass sie 1 Meter dick ist. Klingt für mich ungefähr richtig. Mit diesen Informationen und etwas schneller Algebra können wir ein wenig vereinfachen:

$r^3 * F_{buoy} = 3r^2*\rho_{shell}$

Das vereinfacht sofort genau das, was wir uns erhofft hatten!

$r * F_{buoy} = 3*\rho_{shell}$

Lassen Sie uns mit diesen beiden anderen Variablen umgehen. Das$F_{buoy}$ist die Auftriebskraft unseres Traggases, in diesem Fall Wasserstoff. Es gibt viel zu tun, aber Wikipedia hat eine Abkürzung :$1\ m^3$von Wasserstoff heben kann$\approx 1.1kg$. Kühl! Wir können auch mit der anderen Variablen umgehen,$\rho_{shell}$. Hier sagt uns eine schnelle Google-Suche, dass die Dichte der Haut ungefähr ist$800\frac{kg}{m^3}$. Setzen wir diese Zahlen ein.

$r*1.1 = 800*3 = 2400$

Hinweis: Ich fummele hier der Einfachheit halber an meinen Einheiten. Das$F_{buoy}$Begriff ist ein gutes Stück komplexer.

So ist unser minimaler Radius für unseren idealisierten Gassack$\approx 2200m$, oder 2 Kilometer.

Biologische Bewertung:

Völlig undurchführbar. Ein 4 Kilometer langer Wal ist bei weitem nicht plausibel, und das ist das absolute Minimum. Sie müssten außer der Haut weitere Dinge hinzufügen, und das alles fügt Gewicht hinzu, und jedes Mal, wenn Sie etwas hinzufügen, vergrößern Sie den Radius noch weiter. Mit etwas Rückkalkulation komme ich auf eine Mindestgröße von 8 Kilometern; einschließlich Wasser und Muskelmasse sowie einem röhrenförmigen Körper. Was dies jedoch wirklich versenkte, war das Kreislaufsystem. Auch wenn das Volumen wie die Kubik des Radius skaliert, skaliert die Menge an Flüssigkeit, die benötigt wird, um die Zirkulation im ganzen Körper zu gewährleisten, noch schneller. Traurig.

Fiktive Lösungen

Es gibt zwei Hauptwege, die ich sehe, um die oben genannten Probleme zu bekämpfen.

Verändere den Organismus

Wenn die walähnlichen Eigenschaften von Säugetieren keine zwingende Notwendigkeit sind, reiche ich Ihnen demütig den Siphonophor zur Prüfung ein. Es ist ein Meereslebewesen, das eigentlich kolonial ist und aus einzelnen Zellen besteht, die im Einklang arbeiten. Dafür gibt es zwei große Vorteile. Erstens sind sie eindeutig dazu in der Lage - der portugiesische Kriegsmann ist ein Siphonophor und hat bereits einen großen Schwimmer, der so modifiziert werden könnte, dass er Wasserstoff enthält (in einem fiktiven Universum). Außerdem sind viele Siphonophore biolumineszierend, was großartig wäre, wenn man sie als große Kreatur sehen würde, die über ihnen schwebt. Ich schätze die Mindestgröße davon auf einen Durchmesser von 5 Kilometern (Wasser wiegt mehr als Haut, aber sie sind in Ordnung, da sie kugelförmig sind), also wären sie wie leuchtende Wolken. Wenn das kein episches Sci-Fi ist, tue ich es

Ändern Sie die Umgebung

Ich habe den Auftriebsbegriff in meiner obigen Ableitung verfälscht, aber er basiert im Wesentlichen auf zwei Dingen – der Schwerkraft und der Dichte der Atmosphäre. Hier bei Worldbuilding steht es uns frei, beide zu modifizieren! Was wir wollen, ist ein kleiner Planet (niedrige Schwerkraft) mit einer dichten Atmosphäre. Wenn wir eine Atmosphäre wie die Venus haben, die etwa 60-mal dichter ist als die der Erde, und einen Planeten von der Größe von Titan, der eine Schwerkraft von etwa 1/8 unserer hat, können wir eine viel größere Auftriebskraft erhalten. Auf diesem Planeten wird jeder Kubikmeter Wasserstoff etwa 250 kg heben können – eine massive Steigerung gegenüber den 1,1, die wir auf der Erde verwendet haben. Dadurch reduziert sich unser Mindestradius auf nur 10 Meter ! Das ist viel vernünftiger für einen Organismus, insbesondere für einen, der ein Wal sein soll, und in jedem Roman ziemlich überschaubar.

Vollständiger Haftungsausschluss: Ich bin der OP dieser Frage, daher kann diese Antwort dahingehend voreingenommen sein, dass dies möglich ist.

TL;DR: Wenn wir einige optimistische Annahmen treffen, könnte dies möglich sein, ohne dass wir uns mit der atmosphärischen Dichte und/oder der Schwerkraft herumschlagen müssen!

Ich habe mich entschieden, ein Beispielwesen mit einer Gesamtkörpermasse (ohne die Masse des Wasserstoffs) von auszuarbeiten$500kg$. Laut Dubukays ausgezeichneter Antwort hat Wasserstoff eine Tragfähigkeit von etwa$1.1 kg/m^3$. Dies bedeutet, dass unsere zu heben$500kg$Biest, wir brauchen ungefähr$455 m^3$von H2. Unter der Annahme, dass dieser Wasserstoff in einem kugelförmigen Behälter aufbewahrt wird (was nicht ganz genau ist, aber vorerst eine gute Annäherung ist) und dass meine Mathematik stimmt, wird dieser Behälter ungefähr brauchen$286 m^2$welcher Oberfläche auch immer verwendet wird, um den Wasserstoff für die Außenseite seines Gassacks zu enthalten.

Laut diesem Papier kann die Flächenbelastung für eine Fledermaus so gering wie möglich sein$0.14 g/cm^2$. Die Flügelbelastung ist die Masse der Fledermaus pro cm² Flügeloberfläche, sodass die tatsächlichen Fledermausflügel um ein Vielfaches dünner sind, da der größte Teil ihrer Körpermasse ihr tatsächlicher Körper ist. Daher können wir dies als Obergrenze für die Flügelmasse annehmen. Wir brauchen$286 m^2$Oberfläche, was bedeutet, dass, wenn wir die gleiche Haut verwenden, die Fledermäuse für ihre Flügel verwenden (wahrscheinlich mehrere Schichten davon, da dies eine Obergrenze ist, die den Gassack noch stärker macht), also wenn meine Mathematik richtig ist, die äußere Die Haut des Gassacks wird eine Berührung wiegen$400 kg$. Damit können wir fast halten$100kg$Gewicht für alle notwendigen lebenswichtigen Organe, Lenk- und Fortbewegungsgeräte wie Flossen und Klappen sowie Wasserstofferzeugungsgeräte.

Natürlich macht dies einige optimistische Annahmen, wie die Annahme einer perfekt kugelförmigen Form für das Wasserstoff enthaltende Organ, aber wir können ziemlich weit in die verbleibenden 100 kg angehobener Masse schneiden, bevor wir anfangen, Probleme mit der erforderlichen Masse lebenswichtiger Organe zu bekommen. Dieses Konzept scheint also zumindest einigermaßen machbar zu sein, und der Gassack wird um ein Vielfaches stärker sein als der Flügel einer Fledermaus, was für die meisten Zwecke ausreichen sollte.

Amüsanterweise zeigt dies auch, dass, wenn Sie einen Weg finden könnten, Fledermäuse so miteinander zu verbinden, dass das Austreten von Wasserstoff verhindert wird, a$400kg$Eine mit Wasserstoff gefüllte Fledermauskugel könnte leicht einen Erwachsenen hochheben.

Hängt vom Wind ab.

Die maximale Größe dieser Dinger hängt davon ab, ob sie noch genug essen können, um am Leben zu bleiben, und ob sie sich fortpflanzen können, um die Linie der Himmelswale fortzusetzen. Beides erfordert die Fähigkeit, sich aus eigener Kraft fortzubewegen.

Wenn der Himmel sehr ruhig ist (überhaupt kein Wind), ist dies kein Problem, sodass Ihre Kreaturen sehr groß werden können. Wenn es Wind gibt, haben Ihre Kreaturen Probleme.

Für den Anfang: Diese Wale müssen riesige Flugflächen (Schwanz und Flossen) haben, um auch an einem ruhigen Tag Kraft zu bekommen. An einem windigen Tag verwandeln diese Ihren Wal in einen Drachen.

Zweitens: Die Wale werden (von Natur aus) nicht dicht sein, also wird der Wind sie wie ... nun, einen Ballon über den Himmel werfen.

Dies führt zu einem Spagat zwischen Größe, Kontrolle und Wind. Theoretisch könnten die Wale mit stärkeren Muskeln mehr Kontrolle erlangen, um häufiger mit dem Schwanz zu schlagen, aber stärkere Muskeln sind größer und dichter, erfordern mehr Hubvolumen und schaffen eine größere Angriffsfläche für den Wind.

Es ist möglich, dass die Wale den Wind zu ihrem Vorteil nutzen, um ihren Flug zu wandernden Himmelskrillschwärmen anzutreiben, aber das funktioniert nur, wenn die Winde vorhersehbar und konstant sind.

Schauen Sie sich zum Beispiel den Festo Air Penguin an und fragen Sie sich, wie gut er sich bei einer sanften Brise verhält. Es verwendet Helium, aber es vermittelt die Idee.

Glücklicherweise ja.

Dubukay hat die Beziehung richtig identifiziert

r = (3 * Hautdichte * Hautdicke) / Spezifische Hebung

für schwebende Kugelwesen. Diese Beziehung mit einer Hautdicke von 1 m zu verwenden, war jedoch ein Problem - Frühe Heißluftballons wurden aus Seide und Latex hergestellt, beides biologische Materialien, und die Natur hat mehrere Wege gefunden, um Membranen von beeindruckender Stärke zu schaffen und aufrechtzuerhalten. Fledermausflügel bestehen aus zwei 10 um dicken Epidermisschichten.

Somit wäre eine mit Wasserstoff gefüllte Fledermausflügelkugel mit einem Radius von ~ 25 mm selbsttragend .

Es ist ziemlich einfach, sich eine Kreatur vorzustellen, die aus Gaszellen mit einem Durchmesser von 100 mm (ich habe etwas Volumen hinzugefügt, um der Kreatur Auftrieb für einige Gehirne usw. zu geben) (auch gute Redundanz) besteht und sich über pneumatische 'Muskeln' bewegen kann, die durch Gas angetrieben werden Austausch und die daraus resultierenden Druckdifferenzen. Die Bewegung einer solchen Kreatur wäre in der Tat sehr majestätisch.

Die Zellen würden ihm eine gute Schadensresistenz sowie die (für das Geschichtenerzählen wichtige) Fähigkeit verleihen, nicht wie ein Zeppelin (dh vollständig konvex) auszusehen, sondern wie ein Himmelswal, mit Warzen und allem. Eine Außenhaut, die reich an einem anderen Gas ist, das weder mit Wasserstoff noch mit Sauerstoff reagiert, würde auch die Gefahren von Hautdurchstichen in Gegenwart von Zündquellen verringern (obwohl die intelligente, mit Wasserstoff angehobene Kreatur gelernt hätte, diese sowieso zu vermeiden). Stickstoff wäre sehr leicht zu beschaffen, obwohl ein leichteres Gas die Kreatur vielleicht nicht so belasten würde.

Sie können fliegende walähnliche Kreaturen bekommen, aber sie wären keine Wale mehr und würden wahrscheinlich nicht auf dem Planeten Erde existieren.

Die naheliegendste Lösung besteht darin, einen Planeten mit einer superdichten Atmosphäre und einen walähnlichen Organismus mit einem Körper zu haben, der weniger dicht ist als die Luft. Zum Beispiel hohle Knochen, Luftsäcke in seinem Körper, die mit einem Gas geringer Dichte gefüllt sind. Sie könnten dann eine Kreatur bekommen, die wie ein fliegender Wal aussieht und herumschwebt, aber es wäre nicht wie der heutige Wal auf der Erde. Es wäre (1) leichter, (2) müsste möglicherweise nicht den Atem anhalten, (3) würde möglicherweise eine andere Körperform bevorzugen, (4) müsste etwas anderes als Meerestiere essen, (5) könnte nicht verwandt sein tatsächliche Walarten, da es sich um einen Fall von konvergenter Evolution usw. handeln würde. Es müsste auch ein kohärentes Ökosystem in der Luft geben, das es unterstützen könnte.

Ist es machbar? Nun, was sind Ihre Einschränkungen? Wenn es Ihnen freisteht, theoretisch jede beliebige Welt mit jeder Kombination von Elementen und Eigenschaften zu erschaffen, dann könnten Sie ja eine Welt erschaffen, in der fliegende „Wale“ existieren/sich entwickeln/überleben könnten. Ein solcher Planet ist jedoch möglicherweise nicht für Menschen bewohnbar.

Die Evolution scheint diese Möglichkeit auszuschließen. Alles, was groß und schwimmfähig genug ist, um über Wasser zu bleiben, wäre langsam (wenn überhaupt selbstmobil) und daher anfällig für Raubtiere.

Zeppeline hatten zu Beginn des Ersten Weltkriegs einen Höhenvorteil gegenüber Flugzeugen und konnten London zunächst aus sicherer Höhe bombardieren. Dieser Höhenvorteil verschwand 1916, als Kampfflugzeuge buchstäblich im Kreis um die Zeppeline herumfliegen und sie mit Kugeln durchsieben konnten, bis sie in Flammen aufgingen. Selbst wenn sie nicht durch Brandgeschosse in Flammen aufgingen, würde der Kampfschaden dazu führen, dass sie leicht den Auftrieb verlieren und zu Boden (oder ins Meer) fallen. Nur wenige Zeppeline überlebten den Krieg. Bis 1917 war eine Zeppelin-Kampfmission praktisch ein Selbstmordkommando. Keine Nation erwog ernsthaft, Luftschiffe in einer direkten Kampfrolle im Zweiten Weltkrieg einzusetzen (obwohl sie von der US-Marine bei U-Boot-Patrouillen eingesetzt wurden). Sowohl im Krieg als auch in der Evolution geht es um das Überleben des Stärkeren, und Luftschiffe erwiesen sich als phänomenal untauglich.

Es ist schwer, sich eine Welt vorzustellen, in der Raubvögel schwimmende Wale nicht zum Aussterben treiben würden.

Ich habe einmal im Internet ein Video gesehen, in dem zwei Menschen, ein Mann und eine Frau, ein am Strand gestrandetes Meerestier finden. Soweit ich mich erinnere, hoben sie es auf und trugen es zum Wasser.

Es war ein Wal.

Konkret handelte es sich um einen Zwergpottwal (Kogia sima) oder einen Zwergpottwal (Kogia breviceps). Da ihr normales Erwachsenengewicht 136 bis 272 Kilogramm (300 bis 600 Pfund) bzw. 400 Kilogramm (860 Pfund) beträgt, sollte es sich um ein noch nicht ausgewachsenes Jungtier handeln.

Die kleinste heute lebende Walart ist der Vaquita (Phocoena sinus) des Golfs von Kalifornien, der viel besser als Zwerg- oder Zwergpottwale ist und bis zu 120 Pfund wiegt.

Vaquitas werden zu den Schweinswalen gezählt, aber Schweinswale und Delfine sind nur kleine Mitglieder der Zahnwale. Sie können genauso als Wale angesehen werden wie die größten Wale.

Ich bin mir sicher, dass selbst neugeborene Wale dieser Art heute mehr wiegen als alle fliegenden Tiere auf der Erde. Es ist jedoch möglich, dass die größten ausgestorbenen Flugvögel genauso viel oder mehr wogen als Mitglieder der kleinsten Walart aller Zeiten, wenn Delfine und Schweinewale zu den Walen gezählt werden.

Quetzalcoatlus , eines der größten der ausgestorbenen fliegenden Reptilien, wird heute gewöhnlich auf ein Gewicht von etwa 220 bis 250 Kilogramm oder etwa 440 bis 550 Pfund geschätzt. Das liegt gut im Gewichtsbereich von erwachsenen Zwergpottwalen und nahe dem von Zwergpottwalen.

Da auf einem Planeten mit einer deutlich geringeren Oberflächengravitation und einer deutlich dichteren Atmosphäre als die Erde die größten fliegenden Kreaturen mehrere Male so massiv sein könnten wie die größten fliegenden Reptilien auf der Erde, kann man mit Sicherheit sagen, dass fliegende Kreaturen sogar schwerer als Luft sind könnte mehr wiegen als die leichtesten Wale der Erde. Natürlich würden sie eher wie die "Terror-Daktylen" aus Dinosaurierfilmen aussehen als wie Wale.

Ich erörtere das Entwerfen eines solchen Planeten und die Grenzen, wie weit man gehen kann, während man plausibel bleibt, in meiner Antwort unter:

Wäre ein kleiner Mond mit geringer Schwerkraft in der Lage, komplexes Leben zu beherbergen?

Und natürlich könnten auf einem Planeten mit einer viel dichteren Atmosphäre als der Erde die größten hypothetischen schwebenden ballonartigen Kreaturen so massiv sein wie große Wale oder sogar noch mehr. Obwohl sie eher wie Luftschiffe oder Heißluftballons als wie Wale aussehen würden.

William Kumler hatte recht. Ändern Sie die Umgebung so, dass sie so wenig Schwerkraft und eine so dichte Atmosphäre aufweist, wie es mit anderen Elementen der Geschichte vereinbar ist, und rechtfertigen Sie dies so gut wie möglich. Als allgemeine Regel haben Planeten mit geringerer Oberflächengravitation niedrigere Fluchtgeschwindigkeiten und eine geringere Fähigkeit, ihre Atmosphären zu halten, aber es gibt Beispiele für Planetenkörper mit viel dichteren Atmosphären als Planetenkörper mit größerer Schwerkraft.

Aber Kumler hat einen großen Fehler in seinen Berechnungen gemacht. Die Größe der vielen Walarten ist sehr unterschiedlich. Ich habe einmal ein Video von einem Mann und einer Frau gesehen, die ein Meerestier trugen, das sie gestrandet an einem Strand gefunden hatten, das sie für einen Delphin hielten, aber tatsächlich ein Wal, ein Zwerg (Kogia sima) (ca. 550 Pfund) oder ein Zwerg (Kogia breviceps) (ca. 880 Pfund) Pottwal. Und wahrscheinlich ein Baby, da Erwachsene ein paar hundert Pfund zu schwer wären, um von zwei Personen getragen zu werden.

Kumler hat das Gewicht von Blauwalen mit 200 Tonnen überbewertet. Das typische Gewicht von Erwachsenen scheint zwischen 50 und 150 Tonnen zu liegen, und so wiegen viele Erwachsene nicht mehr als 100 Tonnen. Das schwerste aufgezeichnete Gewicht betrug 173 Tonnen oder 190 kurze Tonnen. Es gab wahrscheinlich einige Blauwale mit einem Gewicht von über 181 Tonnen oder 200 Tonnen.

Es wäre ein Problem, die Kreatur wasserstofffest zu machen. Aber Methan hat den halben Auftrieb von Wasserstoff.

Wie groß ist ein Lebewesen, das Sie brauchen? Wenn sie nur Walgröße, aber keine Walmasse haben müssen, dann ist Ihr Modell viel näher am Goodyear-Luftschiff als an der Hindenburg.

Das meiste dieser Kreatur ist in Wirklichkeit eine große Lunge: Viele ziemlich kleine Blasen mit einem Durchmesser von ein paar Zentimetern und einer etwas schwereren Außenhaut.

Vielleicht ist es eine kommensale Kreatur: Mehrere verschiedene Organismen, die zusammen ein Leben führen. Algen in der Haut dienen der Photosynthese. Einige Teile ähneln Quallen, die sich langsam bewegen, indem sie Luft pumpen. Geben Sie ihm Chromatophoren wie einem Oktopus, damit er seine Farbe ändern kann. Auf diese Weise kann es die Farbe zum Aufwärmen und Abkühlen ändern, um die Höhenkontrolle zu ermöglichen.

Wenn es winzige hirnlose Kopien von sich selbst abwerfen kann, kann es sie als Sonden verwenden, um günstigere Winde zu finden.

Mit Intelligenz muss es kommunizieren. Denken Sie an den philosophischen Diskurs über Werbetafeln. Wenn sie Licht aussenden und es modulieren können, können sie auch nachts sprechen.

Darüber hinaus erleichtern emittiertes Licht und Sondenzellen mit internen Eckreflektoren die Verfolgung von Sonden über viel größere Entfernungen.

Fügen Sie Handwavium hinzu: Finden Sie heraus, wie die emittierte Strahlung phasengesteuert werden kann. Das Tier verhält sich also wie ein riesiges Phased-Array-Radar. Dies ermöglicht die Kommunikation über große Entfernungen und das Potenzial eines Schwarmgeistes, bei dem alle Bestien mit allen Nachbarn sprechen, die sich in Sichtweite befinden.

Geben Sie ihnen ein primitives Lebewesen – ähnlich wie ihre Sonden – das ebenfalls schwimmt. Diese sind das Ende der Nahrungskette.

Setzen Sie sie auf einen Planeten mit einer dickeren Atmosphäre als die Erde. Braucht weniger Gas zum Schweben. Machen Sie es jedoch nicht zu dick, da dann sehr wenig Licht an die Oberfläche gelangt.

Abgesehen vom Brand fielen viele der frühen Luftschiffe dem Wetter zum Opfer. Siehe die Konten der US Navy Shanandoah. Einiges davon waren Steuerungsprobleme, aber ein großes Objekt in Windscherung ist großen Kräften ausgesetzt.

ein Vakuum, aber Ihr Wal wäre ziemlich starr, um das Vakuum einzudämmen, da ein perfektes Vakuum ein Gewicht von perfekt 0 hat (unabhängig von der Schwerkraft wird es null sein), das einzige Problem dabei ist, dass Wasserstoff eindringt, und Sie müsste es ständig entfernen, aber es muss nicht perfekt sein, und hier, je größer der Raum für das Vakuum ist, desto mehr Auftrieb hat es, da die Oberfläche quadriert wird, während das Volumen gewürfelt wird, aber am Ende läuft man hinein die gleichen Probleme, die oben aufgeführt sind, hauptsächlich die Größe