Изначально мы с Andre хотели устроить совместную экспедицию на Eve. Но потом решили разделить весь процесс на несколько частей, и организовать предварительную разведку отдельным проектом. Так и родилась идея BPS XXI. Задача — базовое планетарное исследование Ив. По-человечески, с замерами и анализом данных. Для сравнения полученой информации решили провести аналогичную работу сначала на Кербине, а потом и в атмосфере Дюны. Число 21 здесь обозначает версию KSP, если кто еще не понял. Поехали!
Начнем с имеющихся в нашем распоряжении инструментов. Базовая игра дает: барометр, термометр, гравиометр и акселерометр. Пользовательский мод Graphotron 2000 позволяет логировать и сохранять их данные в файл, для последующего анализа. Причем, записывать он может еще и текущую высоту, скорость и динамическое давление (Max Q anyone?).
Теперь теоретическая часть. На сегодняшний день KSP предоставляет нам большое кол-во информации о небесных телах. Ее мы будем использовать как основу для исследований — подставлять в формулы, проводить расчеты, сравнивать наборы данных. Но сильно глубоко закапываться в это тоже не стоит, т.к. разведка должна быть базовой, простой. Хотя, кого я обманываю? В процессе будет необходимо провести тонну времени в Google Spreadsheets и MS Excel, занимаясь анализом и визуализацией данных.
Как вы уже могли понять из заглавного логотипа, смотреть будем на гравитационные колодцы и атмосферы. Для составления графика колодца мы будем использовать следующую формулу, где g(h) — гравитация для искомой высоты, g(0) — на уровне моря, r(e) — радиус небесного тела, а h — высота. Для графика атмосферы — формулу давления P для высоты, где P(0) — давление на уровне моря, z — высота, а H — высота однородной атмосферы (scale height). Вот эти две формулы, для наглядности:
Все эти данные у нас есть сразу, кроме показателей давления на уровне моря. Их можно предсказать аналитически, но с очень большой погрешностью (1.2 для Кербина, 0.17 для Дюны, и 3.84 для Ив, что довольно далеко от реальных данных), поэтому мы их использовать не будем. А вот что мы можем сделать прямо сейчас, так это нарисовать графики атмосферных колодцев нашей планетарной тройки (KDE = Kerbin, Duna, Eve).
Такие вот теоретические колодцы. Очень хорошо просматривается квадратичная зависимость, кстати. Как вы понимаете, таким образом можно вычислить данные для любой высоты. А теперь представьте, что вы запустили спутник на полярную орбиту, и он собирает данные о гравитационном поле. А потом сравнивает с нашими теоретическими. И если они не совпадают, значит внизу — гравитационная аномалия. Обычно, это говорит о значительной массе ископаемых большой плотности, или о наличии пустот. Самым ярким примером в реальной жизни будет Луна. Ее гравитационное поле жутко нестабильно, поэтому многие спутники будут падать (вопрос залу: объясните, почему аномалии приводят к падению?).
Для KSP пока еще нет модов, позволяющих, по аналогии с ISA MapSat, составлять карты гравитационных аномалий (которых в игре и нет, наверное, т.к. все идеальное и сферическое в вакууме). Поэтому воздержимся обычным сравнением теоретических данных о колодце с практическими в одной конкретной точке для каждого небесного тела. Но давайте все же вернемся к атмосферам.
Кто знает, как образуется атмосфера? От чего зависят ее характеристики? Я даже и близко не специалист, но давайте попробуем разобраться. Начнем с простого. При формировании небесных тел тяжелые частицы оказываются ближе к центру массы, т.е. ниже, а более легкие — дальше, т.е. выше. Потом все упирается в четыре параметра: силу гравитационного поля, температуру, молекулярную массу и количество вещества. Помните параметр escape velocity? Он говорит, насколько быстро надо двигаться, что бы покинуть влияние гравитационного поля. Так вот, чем легче и горячее молекулы вещества (а самые легкие — это газы), тем быстрее они летают. А значит, тем проще им покинуть гравитационный колодец небесного тела.
Какие можно теперь делать выводы? Чем ближе к солнцу, и чем меньше небесное тело, тем сложнее ему удержать атмосферу. Поэтому, у Меркурия атмосферы почти нет, а все газовые гиганты такие большие и далеко от Солнца. Еще один вопрос к залу — а почему тогда у Венеры атмосферное давление на уровне моря такое большое?
На этом, пожалуй, закончу нашу теоретическую часть. Не забудьте отвечать на вопросы в комментариях!
Продолжение следует...
36 комментариев
Сильный парниковый эффект привёл к тому, что тяжёлые молекулы разогрелись до состояния газа, вышли в атомсферу и увеличили давление. Тяжёлые нагретые газы в атомсфере создают сильные циклоны и бури, которые поднимают в воздух больше твёрдых частичек, что ещё больше увеличивает давление и усиливает парниковый эффект.
Пример, не углубляясь в подробности: некий спутник на орбите Луны с параметрами Ap/Pe = 122km/89km @ 11° inclination упал и разбился всего через 35 дней (425 витков).
Это проверка на вшивость такая? :D
А вот радиальные (и продольные, хоть они практически компенсируются) компоненты хоть и не влияют на общую энергию, но вполне легко способны увеличить эксцентрисет и понизить перицентр до столкновения с поверхностью — что на низкой окололунной орбите и происходит)
Попробуем слегка доработать модель: пусть на некоторой высоте А плотность становится настолько низкой, что молекула газа, подброшенная вверх с достаточной скоростью, имеет высокий шанс улететь в межпланетное пространство, не столкнувшись ни с одной другой молекулой. Это та отметка на которой барометрическая формула перестаёт действовать окончательно, и выше неё молекулы движутся по баллистической траектории. Пусть, молекула, оказавшаяся на некоторой высоте Б, окажется выкинутой в межпланетное пространство. Понятно, что если скорость теплового движения молекул на высоте А окажется достаточной для того, чтобы молекула достигла высоты Б, атмосфера будет выветриваться в открытый космос.
Теперь рассмотрим что же определяет высоту Б. Это не сфера влияния, как можно подумать, а солнечный ветер и защищающее от него магнитное поле планеты. Фактически добиться нулевой утечки газов в межзвёздное пространство невозможно, но магнитное поле планеты может также захватывать частицы солнечного ветра. А там в основном протоны и электроны — то, из чего можно собрать водород. Поэтому этот самый слой АБ в реальности практически полностью состоит из водорода, находящегося в равновесии с солнечным ветром и только гораздо ниже (там, откуда утечки практически нет) состав атмосферы меняется на более близкий к составу у поверхности.
Рискну предположить, что несколько сотен километров верхней границы, определяемой магнитным полем и солнечным ветром, вполне могут вылиться в несколько десятков километров начала более плотной атмосферы, а это при прочих равных условиях уже соответствует разнице атмосфер Марса, Земли и Венеры (с учётом реальной ситуации с планетами, может потребоваться немного большая разница).
Так что состав атмосферы Венеры несколько увеличивает плотность и давление у поверхности, но без мощного магнитного поля она бы всё это не удержала. А вот у Марса с магнитным полем что-то случилось и атмосферу реально сдуло.
P.S. У описанной системы скорость изменения нижних слоёв атмосферы при выведении ситуации из равновесия очень низкая и кратковременные проблемы с магнитным полем или солнечным ветром кислород и азот у нас не выдуют, а водородный верхний слой относительно легко восстановится. (Кстати, магнитное поле Земли неоднократно меняла полярность и атмосфера никуда не делась, так что если это опять случится, никакого конца света не будет)
У кого еще какие-то теории будут?
Поэтому объект на 75-м километре орбиты Кербина может болтаться вечно, а с LOE упадет за недели-месяцы. И это еще — не учитывая влияния гравитации и солнечного ветра непосредственно на сам объект.
С другой стороны, у многих ли локальное игровое время убежало от нуля больше, чем на пару-тройку месяцев?
У кого-то еще мысли по Луне и Венере будут?
хммм ради интереса зашёл и глянул:
2 года и 183 дня, а у меня сейчас на старте экспедиция к «Jool»…
Игра ведётся с версии 0.19 (т.е. после появления на Steam) + я последнее время восновном самолёты запускал, а это практически не наматывает времени. Полёт на Mun стоит нескольких сотен (если не тысяч) самолётных вылетов по игровому времени.
Из-за вращения небесного тела крутящийся на орбите аппарат рано или поздно войдёт в резонанс с «неровностями» гравитационного поля и орбита будет всё больше и больше дестабилизироваться.
Я думаю, что если человечество не вымрет, то раньше или позже дойдет до того, чтобы закидать Венеру
тапкамиледяными астероидами.Впрочем, мне тяжело представить себе, какое количество астероидов (по массе) и с какой скоростью надо вбить в Венеру, чтобы раскрутить ее до нормальной скорости, не сбив при этом с орбиты. И какое время потребуется после такой бомбардировки на то, чтобы там все отбурлило\откипело.
Что касается магнитного динамо — есть мнение, что оно не работает именно из-за отсутствия воды в литосфере (слишком вязкая литосфера).
Высокая температура — это круто, если речь идет о поверхности и воде есть куда деться. А в литосфере не только температура высокая, там и давление приличное, и деться ей в принципе особо некуда.
Из-за этого вода остается хоть и сильно перегретой, но в жидкой фазе. Работает как смазка.
Хотя я думал, что магма сама по себе достаточно жидкая субстанция, чтоб служить смазкой.
Аномалии гравитационного поля — как ямы и кочки на орбитальной дороге. Попадая в них, мы «подскакиваем», или «проседаем». Но так или иначе, проходим этот отрезок маршрута дольше, чем должны были (потому что неровности его удлиняют). И таким образом начинаем отставать и отклоняться от траектории. И чем больше мы отстаем и отклоняемся, тем быстрее падаем.
Атмосфера Венеры плотная в первую очередь из-за того, что атмосферного вещества в ней много. А гравитация может удерживать его до определенной высоты, и ни метром выше, поэтому веществу приходится уживаться в тесноте.
Почему вещества так много? Геологическая активность помогла вытащить на поверхность многое из того, что не могло это сделать во время первоначального формирования, в виде газов. А еще, может, если у Меркурия когда-то на ранних этапах формирования Солнечной системы и была атмосфера, то ее снесло солнечным ветром к Венере. Когда Солнце стало горячее.
В итоге, атмосферное вещество у Венеры достаточно тяжелое, для того что бы оставаться внутри гравитационного колодца, и при этом его банально много. Другие второстепенные процессы этому помогают (геологическая активность, парниковый эффект).
Как-то так.
Но вот снести атмосферу с одной планеты на другую без их прямого контакта друг с другом не могло, банально в силу их мизерных размеров по сравнению с пространством их разделяющим.
Так что, действительно, вполне вероятно, что атмосфера Меркурия могла быть украдена Венерой при столкновении :)
Если откинуть столкновение (которого, наверное, в оригинальной теории вообще не было), то плотность атмосферы там обьясняется разогревом от трения таких больших объектов, что просто и красиво. И гораздо ближе к теме начального вопроса :)
Я не знаю никаких авторитетных источников, которые бы утверждали, что всё это происходило.
Есть только множество гипотез, которые в основном чисто спекулятивны. Современные модели не могут рассчитать события, которые произошли так давно, а это, по всей видимости, могло бы быть единственным их подтверждением.
Хотя, может случай Венеры как раз нормальный, а Земля большую часть потеряла при смене состава атмосферы из-за падения молекулярной массы?
Еще парниковый эффект влияет на плотность атмосферы тем, что нагревает ее так, что из камней выделяется все больше и больше углерода в атмосферу.