Вход
Быстрая регистрация
Если вы у нас впервые: О проекте FAQ
1

Каковы параметры системы, способной создать магнитное поле у Марса?

Грустный Роджер [294K] 2 недели назад

Тут появился вопрос о том, как насытить марсианскую атмосферу кислородом, и в одном из ответов была высказана вполне справедливая мысль - что без магнитного поля атмосферу всё равно на фиг сдует солнечным ветром.

Ну, сдует или нет - вопрос динамики процесса... Если скорость генерации кислорода будет заметно выше темпа его потери, то и фиг бы с ним. Но этот солнечный ветер, при имеющейся там на данный момент атмосфере, будет добивать до поверхности Марса - а значит, создавать там небезопасный для человека уровень радиации.

Так что формирование там планетарного магнитного поля всяко необходимо.

Вот я и предлагаю рассчитать технические параметры такой системы и потребную энергетику формирования и поддержания такого поля.

Задачка не выходит за рамки школьного курса физики.

бонус за лучший ответ: 15 кредитов хотите увеличить?
Грустный Роджер [294K]
Увы, простую задачку так никто до конца и не решил.
Гг. модераторы, я прошу не выбирать тут лучший ответ, ибо не из чего.
 5 дней назад
комментировать
2

Мда. За две недели никто так и не решил простенькую школьную задачку. Опять придётся самому...

Значицца, что: "длинный соленоид", как тут предлагали, для системы планетарного масштаба явно не канает. Но никто же не межает рассмотреть короткий соленоид, то есть обмотку, расположенную вдоль экватора планеты. Геометрия такой катушки непосредственно следует из геометрии собсно Марса: радиус = 3360 км.

Индуктивность такой катушки радиуса R, если в ней n витков обмотки, выполненной из провода радиусом r, равна

L = μₒn²R[ln(8R/r)-1.75]

Для провода диаметром 1 см (потом будет понятно, почему именно такой) и для n=250 получаем индуктивность в 5,51 МГн. Да-да, в пять с половиной миллионов генри.

Индуктивность катушки связана с магнитным потоком через неё простым соотношением: Ф = LI. Оный же магнитный поток враз счиается из потребной напряжённости магнитного поля, а точнее - его индукции. Которую мы, по условию задачки, хотим иметь такой же, как и на Земле около экватора, то есть 33 мкТл. При этом условии и при площади контура, враз вычисляемой из экваториального радиуса Марса, получаем, что магнитный поток равен 1,20 ГВб, и через нашу катушку для создания вот такого магнитного потока должен протекать ток в 217 ампер. Что, надо сказать, вовсе не заоблачная величина. (Отсюда же ясен выбор диаметра провода в 1 см).

Оценим теперь энергетику системы. Полная длина 1 витка такой катушки составит 24,3 тыс. км, сопротивление 1 витка - 4,62 кОм, а полное сопротивление всей катушки - 1,15 МОм. При токе в 217 А энергия, которая должна питать всю катушку, составит 54,5 ГВт, если катушка выполнена из меди как металла с почти минимальным удельным сопротивлением (лучше только серебро, но будем гуманны...). Кстати, энергия магнитного поля катушки тоже будет немаленькой - 130 ГДж, так что даже на то, чтоб создать в ней магнитное поле, потребуется изрядное время. Часы. Масса же меди, которая должна уйти на такую катушку, считается опять же элементарно, из банальной геометрии провода: 373 млн. тонн.

Ясен пень, что на создание такой системы тупо не хватит меди - ни на земнии, ни в небеси. Разве что удастся найти целиком состоящий из меди астероид. Непросто будет и обеспечить энергию такой системы, потому что электростанция в 55 млн. киловатт - это несколько крупных современных электростанций. А значит, надо искать какой-то другой вариант. Ну например сверхпроводящую обмотку.

Ток в сверхпроводящей обмотки может быть намного больше, чем жалкие 217 ампер. Для одновитковой обмотки, правда, это всё равно получается до фига - 13,6 млн. ампер, но вот для обмотки в 30 витков это уже в 900 раз меньше - всего-то 15,1 тыс. А. Это примерно того же порядка, что и ток в обмотках БАК (11,5 кА), то есть, в общем, реализуемо. Ясное дело, что изменится и энергетика. Если на поддержание тока для сверхпроводящей обмотки энергия и не тратится (ну разве что на работу систем охлаждения...), то вот на создание магнитного поля - таки да. Энергия магнитного поля для обмотки в 30 витков составит уже 9 ТДж. Значит, энергетической установке мощностью в 1000 кВт на то, чтоб довести магнитное поле до нужной величины, придётся работать 9 миллионов секунд, или почти четыре месяца.

Конечно, оценка может сильно измениться, если у Марса окажется холодное железное ядро. По всем прикидкам, железное ядро там таки да, есть, но, по тем же прикидкам, оно не вполне холодное, его температура выше точки Кюри для железа. А значит, оценка остаётся более-менее справедливой.

Ну и общая мораль: создать для Марса собственное магнитное поле хоть и можно, но это чрезвычайно затратная затея...

0

Интересный вопрос!

Магнитное поле подобное земному можно создать с помощью соленоида..

Если соленоид длинный (т.е. длина его по оси больше диаметра не менее, чем в 10 раз), то магнитная индукция такого соленоида в центре описывается простой формуой:

B=mo*I*W

mo=1,256*10^-6 Гн/м - магнитная постоянная

В - магнитная индукция, у Земли на полюсах примерно 70 мкТл..

Откуда:

IW=B/mo=70*10^-6/1,256*10-6=55,7 А*витков..

Если примем 100 витков, ток должен быть 0,557 А..

Получается что-то очень малое значение..

Грустный Роджер [294K]
Будем реалистами и согласимся, что длинный соленоид планетарного размера реализовать практически невозможно. Ограничимся экваториальной областью...  2 недели назад
simpl [90.9K]
а главное, чтобы длина в 10 раз была больше диаметра..
Просто у полюсов индукция наибольшая (если не брать в расчёт магнитные аномалии типа КМА)..
Просто параметры получаются что-то достаточно скромные..
Может ближе к центру Земли магнитные линии гуще и индукция гораздо выше, чем у полюсов?
 2 недели назад
Грустный Роджер [294K]
А не по фигу что делается в центре Земли или Марса? Интересно же - что снаружи...  2 недели назад
simpl [90.9K]
Ну тогда см. мой ответ..
Параметры получаются довольно скромные..
 2 недели назад
комментировать
0

По некоторым гипотезам специалистов, изучающих планету Марс, требуется "оживить" тектонику плит, то есть искусственно создать или увеличить вулканическую активностью самой Красной планеты. И может тогда и можно будет говорить о магнитном поле и создании атмосферы. Идентичной планете Земля.

Я так понимаю, что нужно хорошенько встряхнуть этот "шарик", но чтобы не ошибиться нужно изучить Марс.

Грустный Роджер [294K]
Вы не поняли вопроса...
Я поставил простую задачку на знание физики в пределах курса средней школы. И мне бы хотелось увидеть именно решение этой задачки, а не рассуждения на отвлечённые темы.
Попробуйте ещё раз.
 2 недели назад
А5-Я [1.2K]
Что бы решить такую задачу, нужны исходные данные. Я просто предложил методику. так что приношу извинение за свой ответ на ваш вопрос. жаль, что не могу его уже удалить. Мы друг друга не поняли.  2 недели назад
Грустный Роджер [294K]
Исходные данные - "планета Марс" и "планета Земля". Размер Марса известен. Параметры магнитного поля Земли тоже известны. Предлагается создать на Марсе магнитное поле той же напряжённости, что и на Земле.  2 недели назад
А5-Я [1.2K]
повторюсь: - нужно хорошенько встряхнуть этот "шарик" (планету Марс), но чтобы не ошибиться нужно изучить Марс.  2 недели назад
alexm12 [207K]
Да его хоть обтрясись. Если нет жидкого ядра, то никакие тряски не помогут этой планете-покойнику.  1 неделю назад
все комментарии (еще 2)
комментировать
Знаете ответ?
Есть интересный вопрос? Задайте его нашему сообществу, у нас наверняка найдется ответ!
Делитесь опытом и знаниями, зарабатывайте награды и репутацию, заводите новых интересных друзей!
Задавайте интересные вопросы, давайте качественные ответы и зарабатывайте деньги. Подробнее..
регистрация