Forskere har funnet vann på en beboelig planet

[oophus]

Oppbremsning i atmosfæren blir også et mye større problem dersom 90% av atmosfæren befinner seg i et så tynt sjikt som 2 km. I praksis kunne man sett bort fra atmosfærisk oppbremsing og tatt all oppbremsing med motorkraft.

Atmosfæren har vel lik gradering, uavhengig av gravitasjon? Forskjellen er vel bare hvor man "starter" å måle graderingen? 

Om denne planeten har like mye atmosfære som jorden, så forstår jeg jo den tankegangen, men det er jo ikke gitt at den har det? 

 

Krymper man jorden 8 ganger, uten å miste masse, så vil jo gravitasjonen ved skorpen være 8 ganger høyere. Men atmosfæren vil jo ha samme gradering om man måler fra der skorpen tidligere var og utover til det ikke er atmosfære igjen? Forutsatt at man tilførte samme volum som forsvant når man krympet jorden med gasser.

 

Vanskelig å forklare hva jeg tenker her, merker jeg.  

[Simen1]

Atmosfæren har vel lik gradering, uavhengig av gravitasjon? Forskjellen er vel bare hvor man "starter" å måle graderingen? 

Om denne planeten har like mye atmosfære som jorden, så forstår jeg jo den tankegangen, men det er jo ikke gitt at den har det? 

 

Krymper man jorden 8 ganger, uten å miste masse, så vil jo gravitasjonen ved skorpen være 8 ganger høyere. Men atmosfæren vil jo ha samme gradering om man måler fra der skorpen tidligere var og utover til det ikke er atmosfære igjen? Forutsatt at man tilførte samme volum som forsvant når man krympet jorden med gasser.

 

Vanskelig å forklare hva jeg tenker her, merker jeg.

Graderingen er en direkte funksjon av tyngdekraften. På jorda er det ca 10 tonn atmosfære over hver kvadratmeter av overflaten. Hadde vi skrudd opp vår tyngdekraft til 8x så ville disse 10 tonnene veid 80 tonn. Derfor blir trykket ved overflaten også 8 ganger høyere.

 

Luft er svært kompressibelt. Tenk på den nederste kubikkmeteren som hviler på en flate på en kvadratmeter. Hvis man trykker den ned med 8x mer kraft ovenfra og den ikke kan ekspandere ut til sidene, så vil også volumet krympe med 8x. Den 1m høye kuben vil være komprimert til 12,5 cm. Det samme skjer med kubikkmeterene ved siden av, ovenfor, ovenfor den igjen osv. Se for deg hele stabelen av kuber opp til 90% atmosfæren, blir komprimert til 1/8 av det de var.

 

Så joda, det er logisk at trykkprofilen blir brattere når tyngdekrafta øker.

 

Du har rett i at jeg ikke vet noe om atmosfæretrykket ved overflata på den planeten, men jeg skjønner jo ut i fra tyngdekrafta at trykkprofilen er ganske mye brattere (merk at jeg ikke skriver konkret 8x her, som i det hypotetiske eksemplet med jorda, for det er flere faktorer som avgjør akkurat det. Men forklaringen ville blitt lang så jeg får spare det til en annen gang). Jeg vet bare ikke hvor den bratte trykkprofilen starter.

Endret 12. september 2019 av Simen1

[Taurean]

Bare 110 lysår unna. En smal sak å reise dit med andre ord...

 

Og vi reiser i ca 30 km/s? Som er ca 1/10 av lysets hastighet? så ca 1000 år å reise dit da. Jaja, er som jeg har skrevet; Vi må lære oss å leve i selvstendige rombaser som er fullstendig selvforsynt, om ikke annet ved å lande på asteroider på veien for å utvinne mineraler vi trenger. Da kan vi nå slike planeter. Jeg tror vi får det til med nok tid, om vi er heldige nok og får nok tid, og ikke en diger asteroide, supervulkan eller noe annet rask kommer i veien først.

[oophus]

Graderingen er en direkte funksjon av tyngdekraften. På jorda er det ca 10 tonn atmosfære over hver kvadratmeter av overflaten. Hadde vi skrudd opp vår tyngdekraft til 8x så ville disse 10 tonnene veid 80 tonn. Derfor blir trykket ved overflaten også 8 ganger høyere.

Stemmer, det er det jeg mente. Så utgangspunktet på at man ikke ville klart å lette fra denne planeten igjen - blir vell ikke direkte korrekt, når man kan bruke atmosfæren i større grad enn her for å få fartøyet opp i lufta. 

 

Man ser jo hvor lett det er å bruke blader i vann f.eks, som jo er noe ala 100 ganger tettere en dette eksempelet. Tar litt lengre tid når man ønsker å være effektiv, men tid har man vell uansett, om vi mot formodning landet et fartøy på en planet utenfor solsystemet våres.  

[-trygve]

Stemmer, det er det jeg mente. Så utgangspunktet på at man ikke ville klart å lette fra denne planeten igjen - blir vell ikke direkte korrekt, når man kan bruke atmosfæren i større grad enn her for å få fartøyet opp i lufta. 

 

Man ser jo hvor lett det er å bruke blader i vann f.eks, som jo er noe ala 100 ganger tettere en dette eksempelet. Tar litt lengre tid når man ønsker å være effektiv, men tid har man vell uansett, om vi mot formodning landet et fartøy på en planet utenfor solsystemet våres.

Problemet er ikke i hovedsak å komme seg et stykke opp fra overflaten, men å komme seg bort fra planeten. Det første stykket får du litt mer hjelp av oppdrift når atmosfæren er tettere, men dette er neglisjerbart i forhold til den ekstra energien som skal til for å unnslippe planetens store gravitasjon.

[-trygve]

Og vi reiser i ca 30 km/s? Som er ca 1/10 av lysets hastighet? så ca 1000 år å reise dit da. 

Det mangler en faktor 1000 der. Lyshastigheten er 300 000 km/s.

[gammalerik]

Problemet er ikke i hovedsak å komme seg et stykke opp fra overflaten, men å komme seg bort fra planeten. Det første stykket får du litt mer hjelp av oppdrift når atmosfæren er tettere, men dette er neglisjerbart i forhold til den ekstra energien som skal til for å unnslippe planetens store gravitasjon.

Nettopp. Noen her spiller KSP:)

Og innen den tiden vi har greid å bygge et koloniskip som skal reise i øreten år i f.eks 1/10 av lyshastigheten tror jeg at energiproblemet mtp takeoff + escape velocity er løst.

[oophus]

Problemet er ikke i hovedsak å komme seg et stykke opp fra overflaten, men å komme seg bort fra planeten. Det første stykket får du litt mer hjelp av oppdrift når atmosfæren er tettere, men dette er neglisjerbart i forhold til den ekstra energien som skal til for å unnslippe planetens store gravitasjon.

Joda, jeg forstår det om man landet med et fartøy som var designet for å fly herifra og dit, og så tilbake igjen. Men i et scenario der man skal lande på en slik planet, så hadde man vell ikke gjort det. 

 

På en planet som har 8 ganger mer trykk ved overflaten, så kan man vell lage motorer og fuel-tanker som kan fylles tilsvarende mer ganger for å få større løft over tid, kontra her hjemme? 

 

F.eks. Vi har en trykk tank som takler 1000 bar her på vår planet med fuel. Dette er nok til å drifte en rakket i xx minutter.

Hvor mye mer trykk, kunne man fylt samme tanken der borte, siden trykket fra utsiden er 8 ganger større? Samt hvor mange ekstra minutter ville man fått med samme dyse på motoren? Hvis problemet kun er dysen, så kunne man vell laget en ny dyse, og utnyttet ratioen slik at den plutselig kan sammenlignes, eller? 

 

Et menneske hadde jo dødd under sin egen vekt uansett, men roboter kunne vell fint klart det, sammen med fremtidens 3D printere f.eks? Rett og slett lage et fartøy lokalt, som utnytter de nye "reglene". 

 

Beklager for spørsmål, men det er interessant.  

[-trygve]

Problemet er beskrevet av rakettligningen. Kort sagt vokser drivstoffbehovet eksponensielt med den farten du er avhengig av å oppnå, i dette tilfellet unnslippningshastigheten som er proporsjonal med planeten sin masse. Denne raske veksten i drivstoffbehov gjør at man kommer til et punkt der energitettheten i kjemiske rakettdrivstoff rett og slett ikke en gang er stor nok til å løfte drivstoffet som skal brukes når man kommer lenger opp (jeg har ikke regnet ut hvor grensen går). Så selv uten å ta hensyn til hvor optimalt du klarer å konstruere raketten går det bare ikke.

 

Løsningen må da være å finne et rakettdrivstoff med større energitetthet enn kjemisk drivstoff. Da snakker vi kjerne-energi. 

[gammalerik]

Metallisk hydrogen

[oophus]

Problemet er beskrevet av rakettligningen. Kort sagt vokser drivstoffbehovet eksponensielt med den farten du er avhengig av å oppnå, i dette tilfellet unnslippningshastigheten som er proporsjonal med planeten sin masse. Denne raske veksten i drivstoffbehov gjør at man kommer til et punkt der energitettheten i kjemiske rakettdrivstoff rett og slett ikke en gang er stor nok til å løfte drivstoffet som skal brukes når man kommer lenger opp (jeg har ikke regnet ut hvor grensen går). Så selv uten å ta hensyn til hvor optimalt du klarer å konstruere raketten går det bare ikke.

 

Løsningen må da være å finne et rakettdrivstoff med større energitetthet enn kjemisk drivstoff. Da snakker vi kjerne-energi. 

Men energitettheten er vell ikke den samme her, som den er der? Samme mengde drivstoff, vil vell være 8 ganger mindre der borte, siden atmosfæren presser imot, sammen med g-krefter? Slik at man ved samme volum får mer drivstoff, og dermed også større energitetthet? 

 

Når man så blander oksygen, med xx drivstoff for å få antennelsen, så vil det vell også være mer "futt" i reaksjonen ut samme dimensjon på dyser m.m? Eventuelt at man får minst 8 ganger lengre varighet på drivstoffet? 

Endret 13. september 2019 av oophus3do

[-trygve]

Men energitettheten er vell ikke den samme her, som den er der? Samme mengde drivstoff, vil vell være 8 ganger mindre der borte, siden atmosfæren presser imot, sammen med g-krefter? Slik at man ved samme volum får mer drivstoff, og dermed også større energitetthet? 

Det er ikke energi per volum, men energi per masse som er interessant og det er uavhengig av trykket. Og siden resonnementet mitt kun baserer seg på energitetthet kan motordesign aldri hindre deg i å treffe denne grensen (men en ineffektiv motor vil selvfølgelig treffe den tidligere enn en effektiv motor).

[oophus]

Det er ikke energi per volum, men energi per masse som er interessant og det er uavhengig av trykket. Og siden resonnementet mitt kun baserer seg på energitetthet kan motordesign aldri hindre deg i å treffe denne grensen (men en ineffektiv motor vil selvfølgelig treffe den tidligere enn en effektiv motor).

Hvor går grensen da isåfall? Om man tar Jorden som utgangspunkt. Hvor tynn må atmosfæren være, før man ikke kunne brukt dagens rakett-motorer? 

 

For på denne planeten i artikkelen, så må en jo forvente at atmosfæren er mye tykkere, slik at eksosen fra rakettene får jo isåfall mer effekt, som dytter på en tykkere atmosfære for å flytte fartøyet? Vil drag i front totalt ødelegge den fordelen? 

[Taurean]

Det mangler en faktor 1000 der. Lyshastigheten er 300 000 km/s.

Næh, er vel meter per sekund vel? Ikke 300 000 kilometer per sekund?

[gammalerik]

Næh, er vel meter per sekund vel? Ikke 300 000 kilometer per sekund?

 

Google

[Simen1]

På en planet som har 8 ganger mer trykk ved overflaten, så kan man vell lage motorer og fuel-tanker som kan fylles tilsvarende mer ganger for å få større løft over tid, kontra her hjemme?

Nei. Man får fylt like mye flytende eller fast drivstoff per m³ med 8 atm som ved 1 atm trykk. Og hvis man kunne fylle mer, så hadde det ikke hjulpet på regnestykket siden det er vekta av drivstoffet som er problemet, ikke volumet. 1 kg drivstoff har X energiinnhold. Øker man tyngdekrafta til 8x så veier det samme drivstoffet 8 kg, uten å ha mer energiinnhold. Dette drivstoffet skal drive skipet opp en 8 ganger energimessig "lengre" gravitasjonsbrønn. Kort fortalt, det vil ikke fungere.

 

Litt forenklet så trenger du et drivsfott med 64 ganger mer energi per kg drivstoff for å klare den turen. (Da har jeg ikke tatt med i beregningen at den tomme raketten og nyttelasten vil veie 8 ganger mer).

 

Hvor går grensen da isåfall? Om man tar Jorden som utgangspunkt. Hvor tynn må atmosfæren være, før man ikke kunne brukt dagens rakett-motorer?

Det sies at jorda er hårfint på riktig side av "grensa" for kjemisk drivstoff. Hadde jorda hatt bare noen få prosent høyere tyngdekraft hadde vi med dagens teknologi ikke vært i rommet ennå.

 

Fisjon, fusjon og antistoff har en mye høyere grense, men det har vi ikke klart å utnytte på denne måten ennå.

Endret 13. september 2019 av Simen1

[oophus]

Ok, så realistisk sett, så ville den eneste mulige muligheten vært å laget en rullebane, og brukt vinger istedet for å overgå gravitasjonsbrønnen, frem til man var ved samme atmosfærisk trykk som her på jorden før rakettmotorer ville fungert for det resterende - å komme seg ut i orbit? 

 

Spørsmålet da, er jo om en "lift" ville fungert det samme der som her, bare at man kan lette på mye lavere fart grunnet tykkelsen på atmosfæren? Hvis man sier at alt er økt proporsjonal med tyngdekraften - også atmosfæren? 

[Simen1]

Nei. 90% av atmosfæren rundt jorda befinner seg under 16 km høyde. Det er kun i atmosfæren man kan bruke vinger. Den planeten i artikkelen har kanskje bare noen få km atmosfære.

Gravitasjonsbrønnen er noe helt annet. Den strekker seg noen titalls tusen km ut i rommet før man er 90% unnsluppet tyngdekrafta.


Tynnere atmosfære gjør altså vinger mindre hensiktsmessig. Jeg må bare også få legge til at 8 ganger tettere atmosfære vil kunne gi 8 ganger mer oppdrift per vingeareal og dermed redusere behovet for vingeareal med 8 ganger. Men nå vil også flyet veie 8 ganger mer på en planet med 8 ganger så høy tyngdekraft. Da må man øke vingearealet med 8 ganger og man har egentlig bare gått ett skritt frem og ett tilbake. Null gevinst.

Endret 13. september 2019 av Simen1

[oophus]

Nei. 90% av atmosfæren rundt jorda befinner seg under 16 km høyde. Det er kun i atmosfæren man kan bruke vinger. Den planeten i artikkelen har kanskje bare noen få km atmosfære.

Anta at forholdet mellom massen på kloden samt mengden atmosfære er lik. Da skulle atmosfæren ha vært 16 km høy der også. 

 

Gravitasjonsbrønnen er noe helt annet. Den strekker seg noen titalls tusen km ut i rommet før man er 90% unnsluppet tyngdekrafta.

 

For å komme i orbit, så er man jo fremdeles innenfor denne. Og målet må jo være dette først. Klarer man å komme i en stabil orbit, så klarer man jo å komme ut også. Hvis man forutsetter at man har drivstoff nok. ^^ 

[-trygve]

Bare glem atmosfæren. Det er tyngdekraften i seg selv som er den store utfordringen her. Når tyngdekraften er åtte ganger større trengs det åtte ganger mer energi for å løfte en viss masse opp til en gitt høyde. Denne ekstra energien må komme fra drivstoffet, så da kan det være fristende å tro at du trenger åtte ganger mer drivstoff (forutsatt at du bruker samme type). Men da har raketten fått åtte ganger større masse¹. Dermed er det en større masse som skal løftes opp, og dermed trenger du enda mer drivstoff. Derfor øker drivstoffbehovet raskt med økende tyngdekraft.

 

For å komme unna dette problemet må du ha et drivstoff som gir deg mer energi per masse. Hydrogen + oksygen gir litt bedre tall enn de mest brukte rakettdrivstoffene i dag, men det er bare en ganske liten faktor. Hvis du derimot kan begynne å tappe kjerneenergi ved hjelp av fisjon eller fusjon tjener du en faktor som er stor nok til at det virkelig betyr noe. Antimaterie er det teoretisk sett optimale drivstoffet, men fullstendig urealistisk i overskuelig fremtid.

 

¹Åtte ganger er ikke et eksakt tall her, men ganske nærme. Drivstoffet utgjør omkring 80% av startvekten i en av dagens stor raketter. Hvis du skal øke drivstoffmengden du skal ha med deg må du også ha større drivstofftanker.