Есть ли правдоподобный способ, чтобы газовый гигант с двумя или более лунами размером с Землю до Марса вращался вокруг него в обитаемой зоне?

Ваша миграционная модель соответствует так называемому горячему Юпитеру . Одна из возможностей заключается в том, что планета, подобная Юпитеру/Сатурну, мигрировала внутрь, нарушая орбиты уже сформированных планет. Со временем две из этих планет оказались захвачены горячим Юпитером, став спутниками. Захваченные спутники не редкость (см. спутник Нептуна Тритон).

Кроме того, Луна размером с Землю вокруг Юпитера вполне разумна. Наша Луна составляет около 1% массы Земли, а Земля — всего 0,3% массы Юпитера.

КОРОТКИЙ ОТВЕТ:

Никто не знает наверняка, но некоторые расчеты показывают, что у газовой планеты-гиганта может быть как минимум два, а возможно, и четыре больших и потенциально обитаемых спутника, вращающихся на надлежащем расстоянии от планеты.

Мой длинный ответ под моим первоначальным ответом, добавленный 8 мая 2020 года, подробно описывает этот вопрос.

Вы должны использовать функцию поиска в верхней части страницы и искать другие вопросы о обитаемых спутниках планет-гигантов.

Я сам ответил на ряд этих вопросов.

Среди полезных источников:

Стивен Х. Доул в книге «Обитаемые обитаемые планеты для человека » (1964, 2007)

https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/commercial_books/2007/RAND_CB179-1.pdf 1

Хеллер, Рене; Рори Барнс (2012). «Обитаемость экзолуны ограничена освещением и приливным нагревом». Астробиология. 13 (1): 18–46.

https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1209/1209.5323.pdf 2

И:

Хеллер, Рене (сентябрь 2013 г.). «Магнитное экранирование экзолун за пределами околопланетной обитаемой границы». Письма из астрофизического журнала. 776 (2): L33.

https://arxiv.org/pdf/1309.0811.pdf 3

Я написал длинный ответ на этот вопрос:

Какие виды флоры могли бы процветать на луне, запертой от приливов и отливов? 2

Там я обсуждаю некоторые из различных пределов гипотетических обитаемых экзолун экзопланет.

ДЛИННЫЙ ОТВЕТ добавлен 8 мая 2020 г .:

В блоге PlanetPlanet в разделе Ultimate Solar system есть сообщения о разработке вымышленных солнечных систем с максимально возможным количеством обитаемых миров.

В серии «Построение совершенной Солнечной системы» объясняется, как я буду строить новую Солнечную систему. Моя цель — максимизировать количество потенциально пригодных для жизни миров в одной системе. Я использую подход снизу вверх. Сначала я обсуждаю задействованные части — звезды, планеты, орбиты — а затем соединяю их все вместе. Затем я захожу дальше, а потом захожу слишком далеко…

https://planetplanet.net/the-ultimate-solar-system/ 5

Эти вымышленные солнечные системы иногда включают солнечные системы с планетами-гигантами в обитаемой зоне и обитаемыми лунами размером с Землю, вращающимися вокруг этих планет.

Он обсуждает, сколько больших пригодных для жизни спутников может иметь газовая гигантская планета:

Самые большие луны Солнечной системы вращаются вокруг самых больших планет (Юпитера и Сатурна). Системы лун формируются как мини-Солнечные системы, в дисках из газа и пыли вокруг газовых планет-гигантов. [На самом деле большие луны Солнечной системы имеют некоторые общие свойства с внесолнечными планетами]. Спутники расположены очень близко к газовым гигантам. Орбиты самых далеких больших спутников лишь примерно в 30 раз больше, чем радиус их планеты-хозяина. Для сравнения, орбита Земли примерно в 200 раз больше радиуса Солнца.

Нам нужны миры в нашей конечной Солнечной системе, которые немного больше, чем эти большие луны. Нам нужны миры размером примерно от половины до двух земных. Несмотря на некоторые споры, я позволю любому газовому гиганту размером с Сатурн или больше иметь большие спутники.

В Солнечной системе у Юпитера их больше всего (четыре). Учитывая, насколько близко расположены луны Солнечной системы, большие луны, вероятно, останутся рядом. Но сколько больших лун может быть у газового гиганта? Ну хотя бы столько же, сколько Юпитера (четыре). Но, наверное, не так уж и много. Орбиты планет и лун располагаются логарифмически. Подумайте, 1, 10, 100, 1000, а не 10, 20, 30, 40. Чем дальше от звезды/планеты, тем больше расстояние между планетами/лунами. Если зона с большими лунами простирается от 5 до 50 радиусов планеты, это дает нам место только для 5 больших лун, расположенных так же, как у Юпитера. Мы будем придерживаться максимум 5 больших лун на планету газового гиганта.

https://planetplanet.net/2014/05/22/building-the-ultimate-solar-system-part-4-two-ninja-moves-moons-and-co-orbital-planets/ 6

Поэтому он считает, что у планеты-гиганта может быть до 5 больших лун с массой от 0,5 до 2,0 земной.

Но у него есть ссылка на «некоторые дебаты» о массивных лунах, статья, в которой вычисляется, что спутники массы Луны-Марса будут наиболее массивными, которые могут сформироваться вокруг планет-гигантов, которые не будут достаточно массивными для обитаемости.

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2006Natur.441..834C/abstract 7

Замечу, что планеты-гиганты в нашей Солнечной системе имеют следующие массы: Юпитер 317,8 массы Земли, Сатурн 95,2 массы Земли, Уран 14,6 массы Земли и Нептун 17,2 массы Земли.

Ганимед, самый массивный спутник Юпитера, имеет массу 0,0248 массы Земли или 0,000078 массы Юпитера; Титан, самый массивный спутник Сатурна, имеет массу 0,0225 массы Земли или 0,0002363 массы Сатурна; Титания, самая массивная луна Урана, имеет массу 0,00059 массы Земли или 0,0000404 массы Урана; Тритон, самый массивный спутник Нептуна, имеет массу 0,003599 массы Земли или 0,0002092 массы Нептуна.

Я отмечаю, что Луна имеет массу 0,0123 массы своей планеты, Земли, а Харон, самый большой спутник карликовой планеты Плутон, имеет массу 0,1218 массы Плутона. Считается, что Луна образовалась, когда небольшая планета столкнулась с Землей миллиарды лет назад, и Плутон и Харон могли захватить друг друга, а Тритон, как полагают, был захвачен Нептуном.

Поскольку экзолуны в других звездных системах еще не обнаружены, считается, что Титан является нормально формирующейся луной с наибольшей массой по сравнению с его главной планетой-гигантом с массой 0,0002363 массы Сатурна, или 0,2363 процента.

Юпитер имеет четыре больших спутника с массами 0,015 Земли или 0,0000471 Юпитера (Ио), 0,008035 Земли или 0,0000252 Юпитера (Европа), 0,0248 Земли или 0,000078 Юпитера (Ганимед) и 0,018 Земли или 0,0000566 (Юпитера). Каллисто).

Таким образом, среди спутников, которые обычно сформировались в околопланетных дисках, у Юпитера есть четыре спутника, каждая из которых имеет по крайней мере 0,0000252 его массы, в том числе два, каждая из которых имеет по крайней мере 0,0000566 его массы, в то время как у Сатурна есть один спутник с 0,0002363 его массы.

Планеты могут стать намного массивнее Юпитера, хотя обычно они не становятся намного больше Юпитера, поскольку более массивные планеты будут сильнее сжиматься своей гравитацией и становиться более плотными, чем Юпитер.

Самые массивные планеты будут примерно в 13 раз массивнее Юпитера или примерно в 4131,4 раза массивнее Земли. Более массивными объектами будут коричневые карлики, масса которых примерно в 75–80 раз больше массы Юпитера, или примерно в 23 835 раз больше массы Земли.

Используя примеры в нашей Солнечной системе в качестве предела, самая массивная из возможных планет с массой около 13 масс Юпитера или 4131,4 массы Земли может иметь четыре луны, каждая из которых имеет по крайней мере 0,0000252 ее массы или 0,1041 массы Земли, или две луны, каждая из которых имеет массу в по крайней мере 0,0000566 его массы или 0,2338 массы Земли, или одна луна с 0,0002363 ее массы или 0,9762 массы Земли.

Используя примеры из нашей Солнечной системы в качестве ограничения, самый массивный из возможных коричневых карликов с массой от 75 до 80 масс Юпитера или от 23 835 до 25 424 масс Земли может иметь четыре спутника, каждый из которых имеет по крайней мере 0,0000252 массы, или от 0,6006 до 0,6406 массы Земли. массой, и/или два, каждый из которых имеет не менее 0,0000566 массы, или от 1,3490 до 1,4389 массы Земли, и/или один спутник с массой 0,0002363, или от 5,6322 до 6,0076 массы Земли.

Таким образом, используя известное соотношение масс планет-гигантов и лун в нашей Солнечной системе в качестве ориентира, а должна быть самой массивной из возможных планет или коричневым карликом, чтобы иметь луны с массой, близкой к массе Земли, которые образовались в околопланетном диске этой планеты. планета.

Конечно, возможно, что даже Титан не имеет максимально возможного отношения масс луны, формирующейся в планетарном диске, к его первичной планете-гиганту. к его

Один из источников, которые я указал выше:

Хеллер, Рене; Рори Барнс (2012). «Обитаемость экзолуны ограничена освещением и приливным нагревом». Астробиология. 13 (1): 18–46.

https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1209/1209.5323.pdf 2

действительно обсуждает, могут ли гигантские экзопланеты иметь экзолуны, достаточно массивные, чтобы быть пригодными для жизни, в разделе 2.1, Формирование массивных спутников.

Самый большой и массивный спутник Солнечной системы, Ганимед, имеет радиус всего ≈0,4R⊕ (R⊕ — радиус Земли) и массу ≈0,025M⊕. Вопрос о том, могли ли вокруг внесолнечных планет образоваться гораздо более массивные спутники, является активной областью исследований. Canup & Ward (2006) показали, что массы лун, образовавшихся в околопланетных дисках планет-гигантов, в ≲10-4 раза превышают массу планеты. Если предположить, что вокруг Kepler-22b образовались спутники, их массы будут составлять не более 2,5 × 10-3M⊕, а около KOI211.01 они все равно будут весить меньше, чем земная Луна. Ограниченное по массе формирование на месте становится критическим для экзолун вокруг планет в IHZ звезд с малой массой из-за отсутствия наблюдений за такими планетами-гигантами. Прекрасное исследование формирования спутниковых систем Юпитера и Сатурна дано Sasaki et al. (2010), которые показали, что спутники размером с Ио, Европу, Ганимед, Каллисто и Титан должны формироваться вокруг большинства газовых гигантов. Более того, согласно их Рис. 5 и личному общению с Таканори Сасаки, возможно образование спутников марсианской или даже земной массы вокруг планет-гигантов. В зависимости от того, накопит ли планета достаточную массу, чтобы открыть брешь в протозвездном диске, эти спутниковые системы, вероятно, будут множественными и резонансными (как в случае Юпитера) или будут содержать только одну большую луну (см. Сатурн). Огихара и Ида (2012) расширили эти исследования, чтобы объяснить градиент состава спутников Юпитера. Их результаты объясняют, почему луны, богатые водой, находятся дальше от своей гигантской планеты-хозяина, и подразумевают, что захват орбитальных резонансов 2:1 должен быть обычным явлением. Пути выхода из тупика, связанного с недостаточной спутниковой массой, — это гравитационный захват массивных спутников (Debes & Sigurdsson, 2007; Porter & Grundy, 2011; Quarles и др., 2012), который, по-видимому, сработал для Тритона вокруг Нептуна (Goldreich и др., 1989; Агнор и Гамильтон, 2006 г.); захват троянцев (Eberle et al. 2011); газовое торможение в первичных околопланетных оболочках (Поллак и др., 1979); захват с вытягиванием вниз, выводящий временные спутники или тела вблизи точек Лагранжа на стабильные орбиты (Хеппенхаймер и Порко, 1977; Джуитт и Хагигипур, 2007); слияние лун (Mosqueira & Estrada 2003); и воздействия на планеты земной группы (Canup 2004; Withers & Barnes 2010; Elser et al. 2011). Такие спутники будут соответствовать спутникам неправильной формы в Солнечной системе, в отличие от обычных спутников, которые формируются на месте. Неправильные спутники часто следуют дальним, наклонным и часто эксцентричным или даже ретроградным орбитам вокруг своей планеты (Carruba et al. 2002). На данный момент мы предполагаем, что внесолнечные спутники с массой Земли — правильные или неправильные — существуют.

Таким образом, в 2012 году было проведено несколько теоретических исследований, указывающих на то, что планеты-гиганты могут образовывать или приобретать естественные спутники, более массивные, чем просто Луна, возможно, даже размером с Землю или намного больше.

Возвращаясь к обсуждению PlanetPlanet больших экзолун массой примерно Земли, вращающихся вокруг газовых гигантов, он говорит:

Если зона с большими лунами простирается от 5 до 50 радиусов планеты, это дает нам место только для 5 больших лун, расположенных так же, как у Юпитера. Мы будем придерживаться максимум 5 больших лун на планету газового гиганта.

А вот один из источников, которые я перечислил выше:

Хеллер, Рене (сентябрь 2013 г.). «Магнитное экранирование экзолун за пределами околопланетной обитаемой границы». Письма из астрофизического журнала. 776 (2): L33.

https://arxiv.org/pdf/1309.0811.pdf 3

Обсуждается то, что можно было бы назвать околопланетной обитаемой зоной, где гипотетические гигантские экзолуны будут вращаться на надлежащем расстоянии от планеты, чтобы быть защищенными от заряженных частиц планетарным магнитным полем.

Хеллер заключает, что гигантские экзолуны могут быть обитаемыми, если они вращаются в пределах от 5 до 20 планетарных радиусов от планеты. Это гораздо более узкий диапазон, чем от 5 до 50 планетарных радиусов от планеты, и составляет всего треть ширины.

Экваториальный радиус Нептуна составляет около 24 760 километров, поэтому околопланетная обитаемая зона у него будет примерно от 123 800 до 495 500 километров. Только один спутник, большой Тритон, вращается в пределах этой зоны.

Экваториальный радиус Урана составляет около 25 560 километров, поэтому его околопланетная обитаемая зона находится примерно от 127 800 до 511 200 километров. У него есть четыре луны, Миранда, Ариэль, Умбриэль и Титания, на четырех отдельных орбитах в этой зоне.

Сатурн имеет экваториальный радиус около 60 268 километров, поэтому он будет иметь околопланетную обитаемую зону примерно от 301 340 до 1 205 360 километров. У Сатурна в этой зоне четыре спутника: Диона, Елена, Полидевк и Рея, но только в двух обитах, поскольку Елена и Полидевк находятся на троянских орбитах относительно Дионы.

Юпитер имеет экваториальный радиус около 71 492 километров, поэтому его околопланетная обитаемая зона находится примерно от 357 460 до 1 429 840 километров. У Юпитера есть три спутника: Ио, Европа и Ганимед, вращающиеся в пределах этой зоны.

Таким образом, если расчеты Хеллера верны, планеты-гиганты в нашей Солнечной системе имеют одну, две, три и четыре спутниковые орбиты в соответствующих околопланетных обитаемых зонах. Таким образом, для планеты размером с Сатурн кажется правдоподобным наличие двух больших и потенциально обитаемых спутников, вращающихся вокруг ее околопланетной обитаемой зоны.

Немного опоздал на вечеринку, но я подумал, что это может помочь. Много лет назад я установил на свой iPad это замечательное приложение под названием Exoplanet , в котором перечислены все найденные экзопланеты вместе с их известными физическими характеристиками. Я отфильтровал этот список, чтобы включить только планеты в обитаемой зоне, и отсортировал его по размеру. У него буквально сотни планет размером с Сатурн или больше в обитаемых зонах. Вот первая страница:

Учитывая, что самая большая луна Сатурна Титан больше, чем луна Земли, и что Сатурн во много раз больше Земли, мне кажется очевидным, что планета Сатурна (или, возможно, размером с Юпитер) может иметь по крайней мере одну луну размером с Землю. Для нескольких лун такого размера это менее ясно, но планета, масса которой, скажем, в три раза больше массы Юпитера, вполне разумно может иметь две луны размером с Землю. (И в этом списке их много на выбор)

Я обнаружил, что Ипсилон Андромады Ада является особенно интересным примером: всего в 43,9 световых годах от Земли можно реально представить, что мы когда-нибудь туда доберемся.

в реальном мире люди, живущие на луне газового гиганта размером с Юпитер, — это большая удача. Есть много ограничений.

1. Луны имеют эллиптическую орбиту, что приводит к сильным землетрясениям на поверхности.

2. луна, близкая к такому телу, как Сатурн, вероятно, будет заблокирована приливом, и это может снизить шансы на жизнь.

3. обращение вокруг такой большой планеты займет много времени, и она будет оставаться заблокированной от солнца некоторое время, прежде чем снова появится.

4. будет ли он богат полезными ископаемыми?

так что все, что я хочу сказать, это то, что с хорошей технологией жизнь возможна, но без нее она будет невозможна.