Экваториальные ледяные шапки и полярные джунгли — фантазия или реальность?

Во-первых, как указал Ю. Длугош , нарисованная вами орбита имеет очень высокий эксцентриситет — намного выше, чем у любой из планет Солнечной системы или многих других планетных систем. Чтобы иметь что-то, что ненадолго находится вне обитаемой зоны, попробуйте что-то вроде Gliese 832c :

Его орбита имеет эксцентриситет 0,180, что позволяет ему выйти за пределы обитаемой зоны. Единственная проблема в том, что он находится в зоне на половине своей орбиты и вне ее на половине, не так, как у вас.

Однако независимо от того, выберете ли вы свою или мою орбиту, вы все равно не всегда будете получать желаемые эффекты. Решение заключается в изменении альбедо планеты в разных местах. Затем вы можете использовать эффективную температуру в качестве приближения:

Я думаю, что ваш комментарий предлагает лучший способ изменить альбедо:

Мы знаем из Япета, что огромные изменения альбедо могут происходить с относительно небольшим переходом между ними. При очень высоком альбедо на экваторе и темных полюсах мы должны получить желаемую обратную связь. Снег, падающий на экваторе, еще больше осветлит альбедо, а темно-зеленые растения, растущие на полюсах, будут поглощать больше света.

Они создают положительную обратную связь.

Дайте планете кольца, которые постоянно затеняют экватор.

В зависимости от толщины кольца и того, насколько далеко его внешний край от планеты, оно может затенять экватор достаточно, чтобы оставаться значительно холоднее, чем остальная часть планеты. Очевидно, что планета должна быть достаточно близко к своей звезде, чтобы ее полюса обычно были тропическими, но тень кольца не позволяла бы ситуации выйти из-под контроля.

Предположим, что у планеты есть ядро, которое пропорционально больше, чем у Земли. Она будет менее жесткой и, следовательно, более сплюснутой, чем Земля, в результате чего экватор окажется выше. Это увеличивает вероятность образования экваториальных ледников, которые могут соединиться, образуя ледяное кольцо (а не ледяную шапку).

Между тем полюса будут ближе к ядру и более тектонически активны, давая прямое геотермальное тепло и повышенный уровень углекислого газа для парникового эффекта.

Небольшой обман, но если бы в эту эпоху массивы суши на планете собрались вместе, чтобы сформировать в значительной степени кольцевой суперконтинент вокруг экваториальной зоны, то взброс образовал бы гряды гор, которые были бы покрыты снегом и ледниками, давая эффект «полярной полосы» вокруг планеты, если смотреть с орбиты. Даже на земле, как правило, большие высоты будут служить для сохранения прохлады суши, а модели циркуляции атмосферы должны обеспечивать постоянный поток осадков для поддержания снежного покрова.

С предложенным вами осевым наклоном «джунгли» на полярных островах будут очень сезонными: джунгли оживают в период «полуночного солнца», а противоположные полярные джунгли быстро впадают в спячку (растения посевают и сбрасывают споры, животные уходят в прошлое). в спячку или что-то подобное, экстремальные миграции к противоположным полюсам), что создаст интересную среду для героев, поскольку экосфера будет быстро меняться, и большая часть жизни будет развиваться, чтобы расти и адаптироваться к изменяющимся условиям освещения с головокружительной скоростью. по сравнению с земной жизнью.

Детали о погодных условиях будут зависеть от переменных окружающей среды (насколько высоки горные цепи, является ли суперконтинент полным кольцом вокруг планеты или есть промежутки, насколько мы близки к звезде и т. д.), так что это возможная отправная точка. но может резко измениться в зависимости от того, какие переменные задействованы.

Другой способ сделать этот мир правдоподобным — разместить его в двойной звездной системе.

Выведите Набирмо на орбиту вокруг очень тусклого красного карлика вблизи или даже немного за пределами внешней границы его обитаемой зоны. Он оказался бы приливно-привязанным к красному карлику с осью вращения, указывающей на красного карлика, но если бы система красный карлик/Набирмо сама находилась на орбите вокруг более крупной и яркой звезды, также вблизи внешнего края своей обитаемой зоны , мы получим ситуацию, когда непостоянно освещенное полушарие Набирмо будет получать достаточно тепла, чтобы предотвратить его полное замерзание. Если бы орбитальные плоскости трех тел были близко выровнены, более яркая звезда была бы затмена красным карликом, когда Набирмо прошел бы позади своей звезды красного карлика.

Одним из важных факторов является то, что хотя Набирмо приливно привязан к относительно далекой тусклой красной звезде, он все еще вращается с осью вращения, направленной к красному карлику, так что, когда он освещается более яркой звездой, он получает дневное и ночное время. цикл над поверхностью, обращенной к этой звезде, в то время как Набирмо находится по обе стороны от красного карлика на его орбите. Когда Набирмо находится между красным карликом и более яркой звездой, как внутренняя, так и внешняя стороны будут получать освещение в течение более длительных периодов времени. Когда более яркая звезда находится в зените внешнего полюса (внешний полюс — это тот, который обращен от красного карлика), оба полушария будут получать постоянное освещение, которое будет намного тусклее на экваторе, отсюда и экваториальное ледяное кольцо.

Альтернативный ответ на первый, который я написал, состоит в том, что Набирмо имеет сильно наклоненную ось вращения вокруг довольно тусклой звезды класса GM, так что ось вращения лежит близко к плоскости орбиты, а не приближается к ней перпендикулярно.

Кроме того, Набирмо имеет очень эксцентричную орбиту, так что его расстояние от своей главной звезды значительно варьируется, оставаясь в обитаемой зоне, так что главная звезда находится близко к геометрическому центру эллиптической орбиты, а не ближе к одному концу. Это.

Если мы организуем эксцентрическую орбиту Набирмо так, чтобы, когда экватор обращен к солнцу, он был дальше, а когда полюс обращен к солнцу, он был ближе. Если орбита будет достаточно быстрой — возможной только при довольно тусклой звезде — то долгие ночи на полюсах не приведут к особенно тяжелому покрытию льдом, который быстро растаял бы, когда продолжительность дня снова начала увеличиваться. Однако, когда продолжительность дня и ночи равна, Набирмо будет дальше от солнца, и скорость таяния льда замедлится.

Результатом этого, если бы параметры орбитального эксцентриситета, солнечной светимости и массы были тщательно сбалансированы, была бы желаемая полоса экваториального льда, где толстые скопления экваториального льда увеличивают местное альбедо и сохраняют экватор прохладным, даже когда Набирмо приближается к своему солнцу. ближе к весне/осени.

Две теории:

1)

Я представляю себе планету, которая вращается значительно быстрее Земли и по этой и, возможно, другим причинам имеет более сплюснутую форму. Он имеет кольцо соединенных континентов вокруг экватора и имеет северный и южный океаны с другими континентами и островами в них.

Экваториальные континенты имеют очень высокие горные хребты и плато и имеют среднюю высоту на милю или около того выше, чем земля вокруг полюсов и поверхность полярных морей. Таким образом, над экваториальными континентами меньше парниковых газов, чем над полюсами.

Более высокие части экваториальных континентов покрыты ледниками, отражающими солнечный свет обратно в космос. Полюса находятся над более тонкими участками коры, и в полярных регионах просачивается больше внутреннего тепла, чем в экваториальных регионах с гораздо более толстой корой из-за сплюснутой формы планеты и континентов поверх нее.

Ось вращения планеты находится почти в той плоскости, в которой она обращается вокруг своего солнца. Таким образом, летом в северном полушарии северные полярные районы все лето находятся под прямым почти вертикальным солнечным светом и сильно нагреваются, в то время как южные полярные районы находятся под прямыми солнечными лучами. тень и ночное время на протяжении всей зимы и остывают.

Зимой на севере все наоборот, северные полярные районы всю зиму находятся в темноте и охлаждаются, а южные полярные районы находятся в летнем периоде и постоянном почти вертикальном солнечном свете и нагреваются.

В эти сезоны экваториальные районы получают солнечный свет под очень малыми углами и не сильно нагреваются, а каждый холм и гора отбрасывают очень длинную и холодную тень.

Весной и осенью на экватор попадает прямой вертикальный солнечный свет, но он почти весь отражается обратно в космос и не сильно нагревает поверхность. А так как планета вращается, в эти сезоны по всей планете будут быстрые дни и ночи, поэтому тепло не будет накапливаться ни в одном регионе.

Полярные районы будут получать солнечный свет в течение дня в весенний и осенний сезоны, но он будет под очень малыми углами и не будет сильно нагревать поверхность.

Таким образом, экваториальные районы, потому что они холодные и ледяные в течение всего года, не смогут нагреться и, таким образом, останутся холодными и ледяными в течение всего года. В полярных регионах будут нормальные сезоны: летом будет жарче, а зимой холоднее. Но зимой они могут быть теплее, чем в экваториальных регионах в течение всего года.

2)

Другая теория заключается в том, что луна A размером с Землю вращается вокруг газовой гигантской планеты B, которая вращается вокруг звезды C. Вращение Луны A было замедлено до тех пор, пока она всегда остается одной и той же стороной к планете B, ее период вращения и период обращения имеют одинаковую длину.

Облет луны А вокруг планеты В может занять около одного земного дня. Галилеевы спутники Юпитера вращаются на расстояниях и с периодами 421 700 километров и 1,769 дня (Ио), 676 938 километров и 3,551 дня (Европа), 1 070 400 километров и 7,154 дня (Ганимед), и 1,882,700 километров и 16,689 дня (Каллисто).

Вы бы хотели, чтобы Луна вращалась быстрее, чтобы иметь достаточно сильное магнитное поле, чтобы защитить ее от солнечного ветра.

И по мере того, как луна А вращается вокруг планеты В, она будет постепенно удаляться все дальше и дальше от планеты В, как земная луна постепенно удаляется от Земли. До тех пор, пока в конце концов период обращения Луны А вокруг Планеты В не станет равным по продолжительности периоду обращения планеты В вокруг звезды С.

Таким образом, Луна А будет вращаться с такой скоростью, что всегда будет обращена одной и той же стороной к планете В и в сторону от звезды С, а другая сторона обращена в сторону от планеты В и к звезде С.

Подзвездная точка на луне A всегда будет получать прямой вертикальный свет от звезды C и будет становиться все горячее и горячее. Горячая вода в океанах и горячий воздух в атмосфере будут течь от подзвездной точки на противоположную сторону планеты, которая не получает света от звезды С. Поскольку там они не получают звездного света, они обычно замерзают.

Но точка, противоположная подзвездной точке на Луне А, будет указывать на планету В, огромную газовую планету-гигант, которая может иметь высокое альбедо и может отражать много света от звезды С обратно в сторону Луны С и нагревать ее. вверх. Таким образом, луна А может иметь горячую область, которая получает постоянный прямой свет от звезды С, противоположную теплую область, которая получает свет от звезды С, отраженный от планеты В, и холодную область на границе двух полушарий.

Может ли планета-гигант и ее гипотетическая луна размером с Землю вращаться вокруг звезды достаточно близко, чтобы получать от звезды столько же света и тепла, сколько Земля получает от Солнца?

Да. Такая планета называется горячим Юпитером и является одним из наиболее часто обнаруживаемых внесолнечных планет. Горячий Юпитер с самым коротким годом, WASP-19B, имеет массу 1,15 массы Юпитера и вращается вокруг WASP-19 на расстоянии около 0,1655 астрономических единиц, а год составляет около 0,788 земных суток.

Может ли планета вращаться в обитаемой зоне звезды и иметь такой короткий год?

TRAPPIST-1g имеет радиус орбиты 0,0451 астрономической единицы и год 12,352 земных дня и вращается в обитаемой зоне TRAPPIST-1. TRAPPIST-1f имеет радиус орбиты 0,037 астрономических единиц и год 9,2066 земных суток и вращается в обитаемой зоне TRAPPIST-1. TRAPPIST-1e имеет радиус орбиты 0,028 астрономических единиц и год 6,099 земных суток и вращается в обитаемой зоне TRAPPIST-1.

Таким образом, безусловно, можно рассчитать параметры звездной системы, в которой обитаемая луна размером с Землю А, находящаяся в состоянии приливной блокировки, вращается вокруг газовой гигантской планеты В, которая вращается вокруг звезды С, и где период обращения луны А вокруг планеты В и период обращения планеты B вокруг звезды C идентичны в течение короткого периода времени по астрономическим меркам.

Таким образом, одна сторона луны A всегда может быть обращена к звезде C, а другая сторона всегда может быть обращена к планете B.

На Земле и планетах с земными орбитальными характеристиками кольцо вокруг экватора представляет собой жаркую тропическую зону, а умеренные зоны - это кольца к северу и югу от тропиков, а холодные полярные зоны - это круги, окруженные кольцами умеренной зоны.

На луне А круг вокруг подзвездной точки будет горячей тропической зоной, окруженной кольцеобразной умеренной зоной, а холодная зона будет кольцом вокруг сумеречной зоны на границе между вечным днем ​​и вечной ночью. За исключением того, что свет от звезды C, отраженный от планеты B, может привести к тому, что на противоположной стороне будет похожая климатическая картина, хотя, вероятно, не такая теплая.

Такое расположение орбит дает обитаемой луне А желаемое расположение тропических, умеренных и полярных зон, за исключением того, что они не центрируются вокруг полюсов вращения луны А. Конечно, всегда можно утверждать, что подзвездная точка и подпланетная точка являются «температурными полюсами» луны А, или, может быть, называть их восточным и западным полюсами.

Мой ответ несколько более абстрактен, но основан на предложении колец.

По сути, чтобы получить эффект более холодного ледяного экватора, вам понадобится что-то, что «инвертирует» эффект солнца.

Самый простой способ сделать это — иметь луну нужного размера, которая всегда обращена к солнцу (что-то вроде постоянного лунного затмения). Он должен быть меньше земной Луны, так как вы хотите заблокировать только экватор или, возможно, дальше от планеты.

С физической точки зрения, я не уверен, насколько это будет правильно, но в основном Луна будет вращаться вокруг планеты, но будет приливно привязана к звезде, от которой вы хотите блокировать тепло.

Затем вы можете указать, что полюса получают тепло, потому что они находятся за пределами тени Луны. Отрегулируйте размер луны, чтобы увеличить/уменьшить размер ледяного экватора.

Если научная фантастика не за порогом, то вы можете включить гигантское «кольцо-ингибитор», построенное для окружения планеты предыдущей группой инопланетян, предназначенных для создания прохладной области для планеты, которая в остальном «почти слишком горячая для жизни».