Video: Die Erde als Ringplanet

BLOG: Mente et Malleo

Mit Verstand und Hammer die Erde erkunden
Mente et Malleo

Stellen wir uns einmal kurz vor, die Erde hätte ein Ringsystem, wie es beispielsweise der Planet Saturn in unserem Sonnensystem hat. Wie würde der Himmel dann aussehen? Prächtig, wie uns die folgende Animation zeigt.

Gunnar Ries

Gunnar Ries studierte in Hamburg Mineralogie und promovierte dort am Geologisch-Paläontologischen Institut und Museum über das Verwitterungsverhalten ostafrikanischer Karbonatite. Er arbeitet bei der CRB Analyse Service GmbH in Hardegsen. Hier geäußerte Meinungen sind meine eigenen

18 Kommentare

  1. Die Erde als Ringplanet

    Im Prinzip eine recht schöne Animation, aber leider nicht mehr. Leider fehlt mir hier (abgesehen von der physikalischen Absurdität des Videos) der Mut zur Phantasie. Vielleicht wäre es sinnvoller gewesen, auch die Schatten auf den Städten und Landschaften erscheinen zu lassen, die die Ringe – wenn sie vorhanden wären – auf die Erde werfen würden. Aber bitte, das soll jetzt keine Kritik sein, es ist halt eine Animation, die wahrscheinlich einfach nur schön sein soll.

  2. @Gunnar: Mal ne andere Frage

    Mich würde interessieren, ob Ringe klimatische Auswirkungen hätten?

    Würde es z.B. nennenswerte Wechselwirkungen der Ringmaterie mit dem Mond geben, der die Drehachse der Erde und damit direkt das Klima stabilisiert?

    Außerdem sollte es eine Menge zusätzliche Schattenzonen und daher Gebiete starker Winde mit verschärfter Erosion geben. Kann das sein?

    BG
    Elmar

  3. @Karl Bednarik

    Lieber Herr Bednarik,

    als Science Fiction Fan finde ich ihre Beiträge immer sehr lesenswert, danke dafür.

    Wie würden Sie denn die Lebensdauer technischer Anlagen auf dem Mond abschätzen, ohne schützende Atmosphäre?

  4. Hallo Ralph Dihlmann

    Rahmenbedingungen:

    Weil es auf dem Mond weder Sauerstoff noch Wasser oberhalb seiner Oberfläche gibt, kann man davon ausgehen, dass Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Aluminium, Eisen und andere oxidierbare Stoffe niemals korrodieren werden, und daher auch nicht lackiert werden müssen.

    Auch bei der Herstellung dieser Werkstoffe kann man alle Vorteile der Vakuum-Metallurgie nutzen.

    Weil es auf dem Mond keine Art von Wetter gibt, scheint die Sonne völlig ungestört genau einen halben Mond-Tag lang mit 1367 Watt pro Quadratmeter, was für die Energiegewinnung günstig ist.

    Weil auf dem Mond die Schwerkraft viel geringer als auf der Erde ist, kann man viel Material an den tragenden Elementen einsparen.

    Obwohl es auf dem Mond keine Staubstürme gibt, so gibt es auf dem Mond dennoch elektrostatisch schwebenden Mondstaub, der an sämtlichen Oberflächen anhaften wird, was besonders bei den Spiegeln sehr störend sein wird.

    Eventuell kann man den Mondstaub durch eine starke elektrostatische Aufladung der metallischen Oberflächen auch wieder weg schleudern, denn dazu muss der Staub nur die gleiche Ladung annehmen, wie die Oberfläche.

    Luft isoliert nur bis zu etwa 1000 Volt pro Millimeter, aber das Vakuum auf dem Mond isoliert ganz ohne Isoliermaterial ungefähr 1000 mal besser, was eine Menge Isoliermaterial einspart.

    Als schädigende Faktoren kommen noch die Mikrometeoriten und die Partikel des Sonnenwindes dazu.

    Im Gegensatz zur Railgun nutzt sich eine Gausskanone niemals ab, weil es keine Berührung zwischen Geschoss und Kanone gibt.

    Ausserdem geht bei der Gausskanone praktisch die gesamte kinetische Energie auf das Geschoss über, was den Raketenantrieb alt aussehen lässt.

    Natürlich hilft dabei auch, dass es auf dem Mond keinen Luftwiderstand gibt.

    Der Staubtorus selbst wird durch den Lichtdruck der Sonne, durch die Hochatmosphäre der Erde, und durch das Erdmagnetfeld langsam ausgedünnt.

    Das ist deshalb günstig, weil auf diese Weise fehlerhafte Berechnungen nicht zu bleibenden Schäden führen können, wie zum Beispiel zu einer Eiszeit.

    Einen äquatorialen Torus könnte man auch zur Kühlung der Venus verwenden, nur müsste man zuerst einen Planetoiden als Rohmaterial in eine Umlaufbahn um die Venus bringen.

    Einen Pol zu Pol Torus könnte man auch zur Erwärmung des Mars verwenden, als Rohmaterial wäre hier am besten der Mond Deimos geeignet, nur müsste man ihn oder Teile von ihm auf eine Pol zu Pol Bahn bringen.

    Die energetische Amortisationszeit von Parabolrinnenkraftwerken beträgt nur etwa 6 Monate, während Siliziumsolarzellen eine energetische Amortisationszeit von etwa 60 Monaten haben, weil sie aus viel hochwertigeren Materialien bestehen.

    An Stelle von Parabolrinnenspiegeln kann man noch viel besser lineare Fresnelspiegelanordnungen verwenden, die noch viel einfacher hergestellt und aufgebaut werden können.

    Als Wärmekraftmaschine käme eine mit dem Dampf von Alkalimetallen angetriebene Gasturbine in Frage, deren Rotor durch die Wirbelströme von Halbach-Arrays in frei schwebendem Zustand gehalten wird, was die Abnutzung und die Reibung vermindert.

    Wenn der auf der Achse der Gasturbine sitzende Rotor des Generators aus Permanentmagneten besteht, dann benötigt man auch keine elektrische Verbindung zum diesem Rotor, weil der Strom in der Wicklung des Stators erzeugt wird.

    Um die verschiedenen Permanentmagneten für die beiden Magnetlager und den Rotor des Generators unterhalb der Curie-Temperatur zu halten, werden alle diese Bauteile auf der kalten Seite der Gasturbine angeordnet, die nur zur Verdichtung des kalten Dampfes dient.

    Eine gasdichte Durchführung einer Welle wird bei diesem System nirgends benötigt.

    Zusammenfassung:

    Die Gesamtlebensdauer aller Anlagen auf dem Mond hängt davon ab, ob die sich selbst nachbauenden Maschinen sich selbst und die restliche Anlagen schneller nachbauen können als sie selbst und die Anlagen kaputt gehen.

    Das hängt zum grossen Teil von der energetischen Amortisationszeit der Energie gewinnenden Anlagen ab.

    Wenn es keine Verluste geben würde, dann würden sich die sich selbst nachbauenden Maschinen alle 10 energetischen Amortisationszeiten um den Faktor 1024 vermehren können.

    Auch auf der Erde wäre eine derartige Maschinen-Pflanze sehr nützlich, aber auf der Erde ist ihre Funktion aus den oben genannten Gründen viel schwieriger aufrecht zu erhalten.

    Anhang mit Bildern:

    Ein Solarkraftwerk mit linearen Fresnelspiegeln auf der Erde:

    http://www.novatec-biosol.com/…huere_deutsch.pdf

    Eine nukleare Gasturbine, die für einen Weltraumlift gezeichnet wurde, als Illustration für einen frei schwebenden Rotor:

    http://members.chello.at/….bednarik/NUKLTURB.PNG

  5. Nachtrag

    Wenn man eine mit dem Dampf von Alkalimetallen angetriebene Gasturbine vermeiden will, dann kann man auch einen Alkali Metal Thermal Electric Converter (AMTEC) verwenden.

    Der AMTEC hat keine beweglichen Teile, und sogar die Pumpe für das flüssige Natrium arbeitet magnetohydrodynamisch.

    Der feste Elektrolyt besteht aus einem natriumhaltigen Aluminiumoxid, alles Elemente, die man überall leicht finden kann.

    AMTEC:

    http://www.mpoweruk.com/amtec.htm

    Noch einfacher, aber noch heisser, ist der thermoionische Generator:

    http://en.wikipedia.org/wiki/Thermionic_converter

    Ausserdem gibt es noch einige weitere thermoelektrische Wandler nach den verschiedenen physikalischen Prinzipien:

    http://de.wikipedia.org/…onuklidbatterie#Wandler

    Wenn man die linearen Fresnelspiegel oder die Parabolrinnen in der Ost-West-Richtung verlegt, dann muss man sie nicht täglich der Sonne nachschwenken, sondern nur jährlich an den Sonnenstand anpassen.

    Das liegt daran, dass sich bei seitlichem Lichteinfall die reale Brennlinie nur innerhalb der idealen Brennlinie in Längsrichtung verschiebt.

    Ganz allgemein kann man sagen, dass die Erde lebensfreundlich ist, und dass der Weltraum technikfreundlich ist.

    Leben hat eine Vorliebe für Sauerstoff und Wasser, und die Technik eher nicht.

    Noch besser als der Mond sind für die Technik die Planetoiden geeignet, weil dort die Rohstoffe praktisch ohne störende Gravitation vorhanden sind.

    Am besten verwendet man die Erdbahnkreuzer, denn diese sind nahe, für die Erde gefährlich, und sollten bald überwacht oder beseitigt werden.

  6. So einfach wie möglich

    Für eine kurze energetische Amortisationszeit ist es immer günstig, wenn ein technisches System so einfach wie möglich ist.

    Ein thermionischer Generator unter Verwendung von Diamant, der bei 400 °C funktioniert:

    http://www.chm.bris.ac.uk/…iamond/thermionic.htm

    Wie man die Gasphasenabscheidung einer dünnen Diamantschicht durchführt:

    http://www.chm.bris.ac.uk/pt/diamond/mwpecvd1.htm

    Wo bekommt man die passenden Zutaten her?

    Die kohligen Chondrite stellen eine besondere Form der Steinmeteorite dar.

    Sie enthalten einen Anteil an Kohlenstoff von bis zu 3 %, der in Form von Graphit und Karbonaten vorliegt.

    Diese Meteoriten findet man überall auf dem Mond.

    Wenn man die Karbonate erhitzt, wird Kohlendioxid frei.

    Kohlendioxid kann man bei etwa 800 °C elektrolytisch mit einem festen Elektrolyten aus Zirkoniumdioxid zu Sauerstoff und Kohlenmonoxid zerlegen.

    http://www.lpi.usra.edu/…SRU-III-99/pdf/8021.pdf

    Bei etwas niedrigeren Temperaturen zerfällt das Kohlenmonoxid nach dem Boudouard-Gleichgewicht in reinen Kohlenstoff und Kohlendioxid, und das letztere wird in den Prozess zurück geführt.

    Nach der Sabatier-Reaktion kann man das Kohlendioxid mit Wasserstoff zu Methan und Wasserdampf umsetzen.

    Die Gasphasenabscheidung von Diamant benötigt 1 % Methan und 99 % Wasserstoff als Arbeitsgas.

    Die Bosch-Reaktion ist eine chemische Reaktion zwischen Kohlendioxid und Wasserstoff bei etwa 650 °C, welche reinen Kohlenstoff, Wasserdampf und Wärme produziert.

    Das Wasser kann man dann elektrolytisch zu Sauerstoff und Wasserstoff zerlegen, und der letztere wird in den Prozess zurück geführt.

  7. Weitere Zutaten

    Wenn man einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten in geringem Abstand über die Mondoberfläche führt, dann wird daran eine Menge magnetisches Material haften bleiben.

    Die Eisenmeteoriten oder Nickel-Eisenmeteoriten machen etwa fünf Prozent aller Meteoriten aus und bestehen aus einer Legierung aus Eisen und etwa fünf bis zwanzig Gewichtsprozent Nickel.

    Dieses Material braucht man nur im Sonnenofen bei etwa 1538 °C aufzuschmelzen um reines Nickeleisen in der unteren Schicht der Schmelze zu erhalten.

    Die Reflexionseigenschaften einer im Hochvakuum hergestellten Nickeleisenoberfläche für Sonnenstrahlung sind zwar etwas schlechter als für Aluminium, aber auf die für ihre Herstellung benötigte Energie, Zeit und technische Kompliziertheit bezogen, ist Nickeleisen dem Aluminium deutlich überlegen.

    Die elektrische Leitfähigkeit von Nickeleisen ist deutlich geringer als die von Aluminium, aber wenn man die Querschnittsflächen der Leitungen entsprechend erhöht, dann kann man immer noch mit weniger Energie, Zeit und technischer Kompliziertheit für ihre Herstellung auskommen, als bei der Verwendung von Aluminium.

    Mondstaub und Vakuum sind gute elektrische Isolatoren, so dass man die stromführenden Leitungen einfach auf der Mondoberfläche verlegen kann.

    Ich frage mich, wie das Feld einer kernlosen Elektromagnetspule aussieht, wenn ihre Wicklung aus dickem, ferromagnetischem Material besteht.

    Steinmeteoriten bestehen hauptsächlich aus Pyroxen-, Olivin- und Plagioklas-Mineralen, also aus den Silikaten der verschiedenen Metalle.

    94 % aller Meteoriten sind Steinmeteoriten.

    Wenn man Steinmeteoriten im Sonnenofen aufzuschmilzt, dann erhält man in der oberen Schicht der Schmelze eine Art von vulkanischem Glas.

    Dieses vulkanische Glas kann man dann als elektrisch nicht leitendes Trägermaterial verwenden, zum Beispiel für die thermoionischen Energiewandler.

    Platinit ist eine Eisen-Nickel-Legierung mit 46 Prozent Nickel und 54 Prozent Eisen.
    Platinit hat den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Glas.
    Platinit wird als Einschmelzlegierung für Glas verwendet.

    Ich vermute, dass man zur Not auch mit natürlichem Nickeleisen und vulkanischem Glas arbeiten kann, vor allem, weil die Apparaturen auf dem Mond nicht vakuumdicht sein müssen.

    Mit Nickeleisen, vulkanischem Glas und etwas Kohlenstoff haben wir nun schon praktisch alle Materialien, die eine sich selbst nachbauende Maschinen-Pflanze benötigt, um sich mit einer energetischen Amortisationszeit von weniger als 6 Monaten verdoppeln zu können.

    Die Mikroprozessoren und die Funkfernsteuerung kann man problemlos von der Erde auf den Mond senden.

  8. Leitfähigkeit

    Die elektrische Leitfähigkeit von

    Kupfer beträgt 58.000.000 Siemens pro Meter,
    Aluminium beträgt 36.590.000 Siemens pro Meter,
    Eisen beträgt 10.020.000 Siemens pro Meter,
    Nickel beträgt 13.900.000 Siemens pro Meter,

    also Aluminium zu Nickeleisen etwa wie 3:1.

    Das Schmelzen von Nickeleisen kostet wesentlich weniger Energie, als die elektrolytische Gewinnung von Aluminium.

    Die Gravitation des Mondes ist bei der Trennung der Glas- und Metall-Schmelzen sehr nützlich, denn auf den Planetoiden würde das viel langsamer gehen.

  9. Schmelzpunkt

    Der Schmelzpunkt von

    Basalt beträgt ungefähr 1200 °C,
    Eisen beträgt 1538 °C,
    Nickel beträgt 1455 °C,
    Siliziumdioxid beträgt 1713 °C,
    Graphit beträgt 3700 °C.

    Für Metallschmelzen sind Tiegel aus Siliziumdioxid günstig, und
    für Basaltschmelzen sind Tiegel aus Graphit günstig.

    Tiegel aus Siliziumdioxid kann man mit Graphitformen herstellen, und
    Tiegel aus Graphit fräst man mit Eisenwerkzeugen aus pyrolytischem Graphit heraus, oder
    man scheidet den pyrolytischen Graphit bei etwa 1600 °C auf Siliziumdioxidformen ab.

    Die Mondkruste ähnelt in ihrer Zusammensetzung der des irdischen Basalts.

    Sie besteht aus Aluminiumsilikaten und Kalzium-, Eisen-, Magnesium- und anderen Metall-Oxiden.

    Ich glaube, wir haben bald alle Komponenten der sich selbst nachbauenden Maschinen-Pflanze beisammen, jetzt nur nicht nachlassen.

  10. Ein Video über Cast Basalt

    http://www.abresist.com/…istFusedCastBasalt.html

    Zusammenfassung (zwei):

    Im Gegensatz zu der “Advanced Automation for Space Missions” im vorigen Beitrag, die sich durch maximale Kompliziertheit auszeichnet, wollte ich hier ein “self-
    replicating automated lunar factory system” entwerfen, das maximal einfach ist.

    Nickeleisen für Spiegel, Magnetspulen und Stromleitungen.
    Schmelzbasalt für Stützen, Behälter und Isolatoren.
    Pyrolytischer Graphit für die Schmelztiegel.
    Nanodiamantschichten für die thermionischen Konverter zur Stromerzeugung aus Wärme, ohne bewegliche Teile, und ohne Solarzellen aus hochreinem Silizium.

    An Stelle komplizierter und energieaufwendiger chemischer Trennprozesse, steht ein Sonnenspiegel mit einem Schmelztiegel.

    Wenn man geschmolzenes Nickeleisen im Hochvakuum des Mondes auf eine waagrechte Fläche aus Graphit giesst, dann entsteht ganz von selbst ohne walzen und polieren durch die Gravitation und durch die Oberflächenspannung ein flacher, glänzender Spiegel, der niemals rosten wird, und der mechanisch sehr widerstandsfähig ist.

    Gekrümmte Spiegel kann man leicht durch eine Fresnel-Anordnung von flachen Spiegeln ersetzen.

    Wenn man den Regolith des Mondes schmilzt und erstarren lässt, dann erhält man drei Schichten:

    Unten befindet sich das Nickeleisen, in der Mitte ist Schmelzbasalt, und an der Oberfläche sind Kohlenstoffpartikel.

    Dadurch dass der Schmelzbasalt zwischen dem Nickeleisen und dem Kohlenstoff liegt, kann sich nur wenig Kohlenstoff im Nickeleisen lösen.

    Die Dichte von

    Graphit beträgt 2,26 g/cm^3,
    Schmelzbasalt beträgt 2,85 g/cm^3,
    Eisen beträgt 7,874 g/cm^3,
    Nickel beträgt 8,908 g/cm^3.

    Man könnte auch die beim Erhitzen des Regoliths entweichenden Gase auffangen, die aus unterschiedlichen Mengen von Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasserdampf, Sauerstoff, Wasserstoff, und Helium (4 und 3) bestehen werden.

    Das Helium 3 kann man dann gleich mit dem Gausskatapult zur Erde senden, und verkaufen (Schätzing, “Limit”).

  11. Die Nacht wird heller – zu hell?

    Sehr schöne Animation; die Erdringe würden wohl Beobachtungen bei Nacht recht stark durch ihre Helligkeit beeinflussen…

  12. Lichtverschmutzung

    Ja, der Erdring oder, noch schlimmer, der Staub-Torus, würde eine starke Lichtverschmutzung darstellen.

    Bei flachen Erdringen in der Ebene der Erdbahn wäre die Schattenwirkung der Ringe sehr gering.

    Bei flachen Erdringen in der Ebene des Erdäquators wäre die Schattenwirkung der Ringe bei Sommerbeginn und bei Winterbeginn besonders stark, was das Klima auf der Erde beeinflussen würde.

    Der Staub-Torus wäre für die Raumfahrt praktisch kein Hindernis, weil seine Dichte sehr gering wäre.

    Weil das meiste Eisen in der Mondkruste als Eisensilikat vorliegt, und metallisches meteoritisches Nickeleisen relativ selten ist, könnte man die Spiegel aus Schmelzbasalt giessen, und dann im Hochvakuum des Mondes mit einer dünnen Schicht aus Nickeleisen bedampfen.

    Der Siedepunkt ist im Hochvakuum etwas niedriger als beim irdischen Luftdruck.

    Beim irdischen Luftdruck beträgt der Siedepunkt von
    Eisen 2861 °C, und von
    Nickel 2913 °C.

    Der Schmelzpunkt des Graphittiegels wäre erst bei 3700 °C.

    Die sich selbst nachbauende Maschinen-Pflanze würde dann zum grössten Teil ihrer Masse aus Schmelzbasalt bestehen.

    Man könnte die sich selbst nachbauende Maschinen-Pflanze auch für viele andere nützliche Dinge verwenden.

    Man muss mit ihr nicht unbedingt einen Erdring oder einen Staub-Torus herstellen.

    Weltraumhumor, Der kleine Prinz, Ver.4.000:

    http://www.e-stories.de/…geschichten.phtml?18588

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