Какой наименьшей может быть планета, сохраняющая атмосферу, подобную Венере?

Если вы посмотрите на эту диаграмму , которая является основным продуктом построения мира, вы увидите, какова связь между скоростью убегания планеты, ее температурой и типом газов, которые она может удерживать в течение достаточно длительного периода времени.

В принципе, такое маленькое тело, как Ио, может поддерживать атмосферу, подобную венерианской, но оно должно иметь настолько низкую температуру (около 40 К), что жизнь на нем невозможна.

Поскольку вы хотите, чтобы на планете была жизнь, это означает, что вам нужны температуры, при которых вода находится в жидком состоянии. Поэтому вы в значительной степени застряли с чем-то похожим на Землю или Венеру.

В качестве подтверждающей информации к приведенному выше утверждению проверьте соответствующий раздел « Что, если

Когда дело доходит до полета, Титан может быть лучше, чем Земля. Его атмосфера плотная, но его гравитация легкая, поэтому давление на поверхности всего на 50% выше, чем у Земли, а воздух в четыре раза плотнее. Его гравитация — ниже, чем у Луны — означает, что летать легко. Наша Цессна могла подняться в воздух с помощью педали.

На самом деле люди на Титане могли летать за счет мускульной силы. Человек в дельтаплане может с комфортом взлетать и летать в огромных ботинках для плавания или даже взлетать, взмахивая искусственными крыльями. Энергозатраты минимальны — это, вероятно, потребует не больше усилий, чем ходьба.

Недостатком (всегда есть недостаток) является холод. На Титане 72 Кельвина, что соответствует температуре жидкого азота.

Часть первая из двух: планета, более удобная для полетов.

Когда дело доходит до вопросов обитаемости, кого ты собираешься проверять?

Существует множество научных дискуссий о пригодности планет для жизни на основе углерода, жидкой воды с использованием форм жизни с базовой биохимией, аналогичной биохимии земных форм жизни. Но есть только одна известная мне научная дискуссия о более ограниченной проблеме обитаемости планет для людей или для крупных многоклеточных животных, дышащих кислородом, имеющих такие же требования к окружающей среде, как и люди.

Обитаемые планеты для человека , Стивен Х. Доул, 1964, 2007.

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

Любой писатель, который когда-либо рассчитывает или желает написать рассказ, действие которого происходит на планете, пригодной для жизни людей или форм жизни с аналогичными требованиями, должен изучить ее.

В главе 4 «Астрономические параметры», раздел «Свойства планет», Доул обсуждает возможный диапазон масс обитаемых планет. На странице 53 он утверждает, что планета должна иметь поверхностную гравитацию менее 1,5 g, что соответствует массе 2,35 Земли, радиусу 1,25 радиуса Земли (7988,75 км) и скорости убегания 15,3 км/с. Обратите внимание, что гравитация такой планеты будет в 1,5 раза больше, чем у Земли, и в 1,36 раза выше скорости убегания.

Доул говорит, что планета должна сохранять кислород в своей атмосфере в течение геологических эпох времени. Для этого он должен иметь скорость убегания, по крайней мере, примерно в пять раз превышающую среднеквадратичную скорость атомарного кислорода в экзосфере планеты. Таким образом, скорость убегания планеты может быть всего 6,25 километра в секунду, 0,558 земной, а планета будет иметь массу 0,195 Земли, радиус 0,63 Земли (4013,73 километра) и гравитацию на поверхности 0,49 g. . У него будет 0,49 земной гравитации на поверхности и 0,558 земной космической скорости.

Но Доул считает, что такая планета будет слишком маленькой, чтобы создать плотную, богатую кислородом атмосферу. На следующих нескольких страницах Доул оценил две отдельные минимальные массы планеты, которые могли бы создать плотную, богатую кислородом атмосферу: 0,25 массы Земли и 0,57 массы Земли. И Доул решил, что истинное значение будет где-то между ними, где-то около 0,4 массы Земли, что соответствует планете с радиусом 0,78 радиуса Земли (4969,38 километра) и силой тяжести на поверхности 0,68 g. По моим грубым расчетам, такая планета будет иметь скорость убегания около 8,01 метра в секунду, или около 0,71 скорости Земли.

Что необходимо, чтобы максимально облегчить полет на вымышленной планете, так это несколько противоречивое требование иметь как можно более низкую поверхностную гравитацию и как можно более плотную атмосферу. И обратите внимание, что способность планеты удерживать атмосферу зависит от ее скорости убегания, а не от гравитации на поверхности. Формулы для расчета силы тяжести на поверхности и скорости убегания разные.

Обратите внимание, что чем массивнее планета, похожая на Землю, тем больше ее гравитация будет сжимать ее материалы и увеличивать среднюю плотность планеты. В результате пример Доула с планетой более массивной, чем Земля, имеет в 1,5 раза большую гравитацию на поверхности Земли и в 1,36 раза большую скорость убегания.

Отношение гравитации на поверхности к космической скорости обратное в двух примерах планет Доула с меньшей массой, чем Земля. Планета с массой около 0,4 Земли будет иметь около 0,68 силы тяжести на поверхности Земли и 0,71 космической скорости Земли. Планета с массой около 0,195 Земли будет иметь около 0,49 гравитационного веса поверхности Земли и 0,558 космической скорости Земли.

Таким образом, писатель, желающий максимально облегчить полет на обитаемой планете, должен выбрать планету с меньшей массой, чем Земля, чтобы скорость убегания для сохранения атмосферы была выше по сравнению с гравитацией на поверхности.

И, возможно, самая маленькая планета, которая может создавать богатую кислородом атмосферу, может быть меньше, чем предполагал Доул. Возможно, она даже будет такой же маленькой, как самая маленькая планета, которая может сохранить богатую кислородом атмосферу, с массой всего 0,195 Земли, силой тяжести на поверхности 0,49 Земли и космической скоростью 0,558 Земли.

Или, может быть, продвинутые инопланетяне когда-то в прошлом терраформировали эту маленькую планету, создав плотную и богатую кислородом атмосферу. Я отмечаю, что желательно, чтобы атмосфера планеты была достаточно плотной и непрозрачной, чтобы препятствовать попаданию большей части солнечного света на поверхность, и, следовательно, не должно быть фотосинтеза для создания кислородной атмосферы, поэтому либо какой-то малопонятный естественный процесс, либо фотосинтез крошечными организмами. плавание высоко в атмосфере или терраформирование развитой цивилизацией в прошлом, по-видимому, необходимо для производства кислорода, который, вероятно, понадобится крупным летающим формам жизни.

У вас даже может быть плотная кислородно-азотная атмосфера на планете, которая меньше минимального размера Доула, чтобы сохранить кислородную атмосферу. Эта маленькая планета должна была бы вращаться за пределами того, что обычно считается обитаемой зоной ее звезды. Количество света, которое она получает от своей звезды, недостаточно, чтобы поддерживать достаточное для жизни тепло на поверхности, поэтому среднеквадратичная скорость атомарного кислорода во внешнем слое атмосферы также будет намного ниже, чем у Земли, что позволит планете сохранить свой кислород.

Поверхность планеты должна быть согрета внутренним теплом. Возможно, планета на самом деле является гигантской экзолуной гигантской экзопланеты, и приливное нагревание производит внутреннее тепло, необходимое для жизни. А кислород в атмосфере, по-видимому, был искусственно произведен путем терраформирования развитой цивилизацией.

Если летать на этой планете в несколько раз легче, чем на Земле, из-за меньшей гравитации и более плотной атмосферы, то самые большие из возможных летающих существ на этой планете должны быть в несколько раз больше, чем самые большие летающие существа в истории Земли. Я не могу отделаться от мысли, что самые большие из возможных летающих существ в этом мире будут настоящими «ужасными дактилями».

Часть вторая из TWo: Птичьи мозги.

Возможно, не было бы необходимости иметь атмосферу намного более плотную, чем земная, чтобы иметь летающих существ, достаточно больших, чтобы быть такими же неразумными, как люди. ОП хочет, чтобы плотная атмосфера облегчила полет для крупных существ и сделала поверхность темной, чтобы туземцы были слепы и вместо этого использовали эколокацию.

Но даже венерианская атмосфера недостаточно густая и непрозрачная, чтобы сделать поверхность черной как смоль.

https://space.stackexchange.com/questions/2169/what-is-the-average-intensity-of-sunlight-on-the-venerean-surface[2]

Если уровень освещенности на поверхности Венеры сравним с пасмурным днем ​​на Земле, земные формы жизни могут хорошо видеть при таком уровне освещенности и даже при гораздо более низком уровне освещенности.

Таким образом, вместо того, чтобы делать атмосферу сверхплотной, чтобы блокировать весь свет с поверхности, возможно, атмосфера могла бы иметь плотность, подобную земной, но с различными слоями пыли или химикатов высоко в атмосфере, которые блокируют различные длины волн света, точно так же, как озоновый слой блокирует большинство длин волн ультрафиолетового света. Достаточное количество таких слоев может сделать поверхность и нижние слои атмосферы полностью темными.

Таким образом, даже такая плотная атмосфера, как у Венеры, не настолько непрозрачна, чтобы сделать невозможным видение на поверхности, а атмосфера такой же плотной, как у Земли, предположительно может иметь слои пыли или химических веществ, которые могут сделать невозможным видение на поверхности.

Могут ли существа, достаточно большие, чтобы быть разумными, летать в атмосфере не плотнее земной?

На Земле существуют тысячи видов мелких млекопитающих и сотни видов крупных млекопитающих. Любой крупный вид млекопитающих, возможно, может поддерживать большой мозг, и около сотни видов крупных млекопитающих действительно имеют большой мозг, примерно такого же размера, как человеческий мозг. Таким образом, эти сотни или около того видов крупномозглых приматов, хоботных и китообразных предположительно могут иметь диапазоны интеллекта, значительно перекрывающие диапазон интеллекта человека.

Таким образом, вполне возможно, что непредвзятые внеземные наблюдатели могут решить, что один или несколько или, возможно, все из этих сотен видов следует считать, подобно Homo sapiens , частично или даже полностью разумными.

Конечно, ни один из этих видов не летает естественным путем.

Средняя масса тела взрослого человека обычно составляет от 57,7 кг (127,2 фунта) до 80,7 кг (177,9 фунта) в зависимости от того, где он живет.

В настоящее время самым крупным видом летающих птиц является лебедь-шипун со средней массой 11,87 кг (26,2 фунта) и максимальной массой 23 кг (51 фунт), что составляет от 0,147 до 0,398 массы взрослого человека.

Самая крупная вымершая летающая птица Argentavis magnificens имела размах крыльев от 5,09 до 6,5 метра или от 16,66 до 21,33 фута и предполагаемую массу от 70 до 72 килограммов (от 154 до 159 фунтов). Эта масса будет примерно в 0,867–1,247 раза больше массы среднего взрослого человека.

Одна из самых крупных известных вымерших летающих рептилий, Quetzalcoatlus northropi , имела размах крыльев от 10 до 11 метров (от 33 до 36 футов).

Оценки веса гигантских аждархид чрезвычайно проблематичны, потому что ни один из существующих видов не имеет сходного размера или строения тела, и, как следствие, опубликованные результаты сильно различаются. 2 Обобщенный вес, основанный на некоторых исследованиях, которые исторически выявили чрезвычайно низкие оценки веса кетцалькоатля, составлял всего 70 кг (150 фунтов) для особи ростом 10 м (32 фута 10 дюймов). Большинство оценок, опубликованных с 2000-х годов, были значительно выше, около 200–250 кг (440–550 фунтов).

Таким образом, если бы Quetzalcoatlus northropi имел массу от 70 до 250 кг (от 150 до 550 фунтов), он должен был бы иметь массу от 0,867 до 4,332 массы среднего взрослого человека.

Таким образом, теоретически кажется возможным, чтобы летающие существа размером с самые крупные из известных вымерших летающих существ на Земле могли поддерживать мозг размером с человеческий мозг и, таким образом, достигать уровня человеческого интеллекта.

Атмосфера, в несколько раз более плотная, чем земная, и более низкая гравитация, чем земная, не являются абсолютно необходимыми для летающих существ, чтобы иметь мозг размером с человеческий и уровень интеллекта человека.

Но это еще не все!

Некоторые группы птиц, такие как вороны и попугаи, демонстрируют аномально высокий уровень интеллекта, учитывая, что все их тела весят всего несколько килограммов или фунтов, а их мозг весит лишь крошечные доли от общего веса их тела.

Таким образом, можно предположить, что, поскольку летающим существам, таким как птицы, необходимо минимизировать вес, по крайней мере у некоторых птиц развился высокоэффективный мозг, который работает намного эффективнее, чем мозг млекопитающих. Таким образом, вполне возможно, что птичий мозг размером в несколько раз меньше человеческого может иметь человеческий уровень интеллекта.

И стремление максимизировать весовую эффективность органов, включая мозг, летающих существ может действовать и на чужой планете. Таким образом, некоторые летающие существа на чужих планетах могут быть гораздо более разумными, чем можно предположить по размеру их мозга по сравнению с мозгом земных млекопитающих, а разумные летающие существа могут быть значительно меньше людей по общей массе и массе мозга.

Это может облегчить летающим существам достижение уровня человеческого интеллекта на планете, похожей на Землю, и, возможно, даже проще сделать это на планете, где условия делают полет намного проще, чем на Земле.