Миростроительство и климат: как солнце влияет на простую сферу с атмосферой?

Этот запрос является частью статьи о ресурсах по построению мира .

Я работаю над созданием процедуры, которая поможет мне понять климат миров, которые я создаю. Я начинаю с простого и усложняю, потому что, честно говоря, не имея ничего, что можно было бы истолковать как докторскую степень по климатологии даже в самом слабом свете, когда Def Leppard играет на отвлекающих уровнях во дворе по соседству, мне нужно начать с самого начала. .

Так что позвольте мне сделать паузу и рассказать вам анекдот. Мафии надоело отбиваться от полицейских, когда они фиксировали скачки, поэтому они «пригласили» физика построить им симулятор, который каждый раз предсказывал бы победившую лошадь. После месяцев «мотивированного» труда физик, наконец, создал свой шедевр. Обрадованная толпа сделала крупную ставку на «Тень Хейли» с шансами на победу 9 к 1 — и проиграла все. Когда мафия предположила, что потребуется чуть больше фунта плоти физика, очень озадаченный человек сказал: «Я не понимаю! С моей сферической лошадью это работало отлично!»

Итак, начнем со сферического коня.

Каковы конкретные погодные условия, которые будут развиваться и (я полагаю) стабилизироваться с течением времени при следующих условиях?

  • Дана звезда, похожая на Солнце, которая является звездой класса G2V с солнечной светимостью (L☉) 1,0.

  • Учитывая, что сфера (сейчас я не решаюсь использовать слово «планета») всегда находится в обитаемой зоне звезды .

  • Дана сфера по массе и объему аналогична Земле.

  • Учитывая атмосферу с земным составом и плотностью.

  • Наконец (и это важная часть), сфера НЕ ВРАЩАЕТСЯ, НЕ ОБРАЩАЕТСЯ по орбите, имеет идеально гладкую поверхность, и поверхность НЕ УЧАСТВУЕТ в климатологических эффектах. (Я считаю, что в этой единственной пуле достаточно вымысла, чтобы оправдать вопрос здесь... но вы все можете сказать мне обратное.)

Я ищу объяснение первого шага. Просто, просто, просто, просто, просто. За одним исключением...

Было бы здорово, если бы ответ мог учитывать вариации солнечной светимости и объема сферы (хорошо, планеты). Или, если это более уместно, объяснение того, почему светимость Солнца и объем планеты не имеют значения.

На самом деле я могу представить себе такой аргумент, как «по мере увеличения светимости зона обитаемости выталкивается, то же самое с планетарным объемом, поэтому общий эффект всегда один и тот же… по крайней мере, если вы хотите человеческую жизнь….

Что, конечно же, я делаю.

РЕДАКТИРОВАТЬ:

  1. Когда я говорю, что поверхность сферы не влияет на климат, я имею в виду, что хочу иметь дело с водой, почвой, высотой над уровнем моря и т. д. в более позднем вопросе. Пожалуйста, предположим, что этот вопрос касается атмосферы и только атмосферы. Это вопрос газовой динамики вокруг формы, которая обеспечивает гравитацию ради атмосферы и ничего больше.

  2. Да, этот вопрос приведет к хорошему пониманию того, как работает климат на планете, заблокированной приливами. Но это вопрос на потом.

  3. Да, предполагать отсутствие орбиты, вращения, поверхностных эффектов — это абсурд. Точно так же все уроки физики для первокурсников абсурдны, потому что все они начинаются со сферических коней. Я сделал это намеренно, ребята. Нецелесообразно вручать первокурснику-физику учебник уровня выпускника, чтобы просто перейти к решению. (Если вы не верите в это, вы давно не были первокурсником....)

Комментарии не для расширенного обсуждения; этот разговор был перемещен в чат .

Ответы (3)

Интересно, что во всех пунктах, кроме двух, похоже, что вы описываете Меркьюри.

Меркурий не находится в обитаемой зоне (и, конечно, он меньше Земли), но будучи более или менее заблокированным приливами, он во всех отношениях такой же, как и планета, стационарная по отношению к своему солнцу.

Ответ Джастина, на первый взгляд, будет подтвержден Меркурием, поскольку у Меркурия есть какая-то атмосфера, которую он, возможно, испек. Тем не менее, давайте поместим его в обитаемую зону, но, так сказать, в самый конец автобуса. Другими словами, давайте сделаем его как можно более холодным, но при этом оставим жидкую воду. Я оставлю это для следующего вопроса; все, что я сейчас делаю, это использую воду как меру обитаемости, а не как тепловую массу.

Прошло много времени с тех пор, как я каким-либо образом занимался гидродинамикой, но я понимаю, что один источник тепла (и направление) будет давать некоторую энергию, и эта энергия создаст некоторое количество энергии.турбулентность. Он должен. В то время как вращение Земли и эффект Кориолиса создают турбулентность известным образом, я глубоко подозреваю, что парниковые газы, выделяемые вашей атмосферой, будут улавливать большую часть тепла вблизи сферы, а это означает, что вы в конечном итоге столкнетесь с системами высокого давления в день. стороны и системы низкого давления на ночной стороне (тепло добавляет энергии, заставляя газ расширяться). Более теплое тепло вблизи поверхности сферы (которое удерживает часть этого тепла и способствует несбалансированному нагреву атмосферы, смещая ее ближе к самой сфере) поднимается, создавая конвекционный поток, потому что по мере снижения давления на высоте (закон Бойля) температура упадет (немного) и у вас будет течение, которое будет циркулировать по крайней мере на дневной стороне,

Хотя я оставлю воду для более позднего вопроса, это все же поднимает вопрос о том, из чего сделана ваша сфера. Предполагая, что это такая же хорошая тепловая масса, как вода, вы можете ожидать, что ваша сфера (по крайней мере, с одной стороны) будет хранить много энергии, создавая разницу в тепловом входе, которая благоприятствует атмосфере, близкой к поверхности. Эта способность действовать как тепловая масса, возможно, является ключом к тому, выживет ли ваша атмосфера.

Почему дальше (самая холодная обитаемая зона)? Из-за Нептуна. Если вы посмотрите на Нептун, вы увидите сильные ветры на поверхности планеты, которые, кажется, почти игнорируют эффект Кориолиса. Почему? Нехватка энергии в основном.

Как только на Нептуне начинается ветер, кинетической или тепловой энергии не хватает, чтобы остановить его, поэтому он просто продолжает двигаться.

Суть в том; Я почти уверен, что вы можете поддерживать атмосферу на заблокированной приливом «сфере», если вы не вводите всю тепловую энергию сразу и позволяете сфере сохранять тепловую энергию в виде некоторой тепловой массы.

В вопросе конкретно упоминается об игнорировании любых тепловых массовых эффектов поверхности планеты. Поверхность не влияет на «погоду». Таким образом, следует считать, что он имеет нулевой тепловой поток. Я знаю, невозможно, верно? Но это то, что задает вопрос. Исключите все переменные. Как только вы допускаете передачу тепла через ядро, динамика меняется, и не только атмосфера смягчает погоду. Если предположить идеальный теплообмен через планету, обратная сторона имеет ту же температуру, что и светлая сторона, независимо от атмосферы.
«День» на Нептуне составляет 16 часов, поэтому он вращается намного быстрее, чем Земля. Поверхность планеты мелкая, сильно одинаково прогреваемая солнцем. Тепло равномерно распределяется по планете. Меркурий является лучшей аналогией требованиям OP и, по сути, был моей моделью того, что произойдет, хотя разница температур между горячей стороной и холодной стороной намного больше. Но это не идеальная аналогия, потому что внутри тела планеты будет некоторый теплообмен за счет конвекции.
Привет Джастин. Да, я пропустил часть тепловой массы, потому что она была скрыта в «планета не вызывает никаких эффектов», что я предположил (учитывая окружающий проход) имел в виду кинетический контекст, а не тепловой. Хотя я согласен с вами насчет Меркурия (Нептуна), в конечном итоге тепло должно рассеяться в космос, а это означает, что если вы держите подводимую энергию ближе к равновесию рассеивания тепла, я подозреваю, что тепловые потоки будут возникать только за счет перепада давления. Я все еще думаю, что ваша атмосфера могла бы выжить без планетарной тепловой массы, ЕСЛИ вы вводите тепло достаточно медленно, или я ошибаюсь?
И вас, и JBH может заинтересовать следующая статья « Как получить атмосферу », в которой дается довольно хорошее описание того, как в первую очередь создается атмосфера. Факторы, обеспечивающие атмосферу, также являются факторами, влияющими на климат. Если у вас есть одно, у вас есть и другое. Вы не можете иметь атмосферу без тепловой массы. Точнее, внутренний источник тепла.

Я бы порекомендовал прочитать «Жизнь на заблокированной приливом планете» , чтобы собрать несколько идей о планетах, заблокированных приливом, хотя она не сосредоточена только на погоде.

На самом деле это было изучено, хотя документы не являются общедоступными, но, читая рефераты «Внутренняя граница обитаемой зоны для синхронно вращающихся планет вокруг звезд с малой массой с использованием моделей общей циркуляции », кажется, что существует порог в 10 земных дней. орбитальный цикл. Для орбит менее 240 часов струйный поток в верхних слоях атмосферы вызывает достаточно эффективную глобальную атмосферную циркуляцию, которая смягчает экстремальные температуры, которые в противном случае произошли бы, делая планету потенциально пригодной для жизни.

Приливная блокировка будет более распространена на планетах, которые вращаются близко к своей звезде, и 240-часовая орбита вокруг красного карлика может легко попасть в обитаемую зону.

Звезда G2 была бы слишком горячей для 240-часового обращения вокруг планеты, а орбита в зоне обитания вокруг звезды G2 была бы слишком медленной, чтобы генерировать необходимый струйный поток для управления глобальной циркуляцией.

Должно ли это быть «МЕНЕЕ 240 часов» или «БОЛЕЕ 240 часов»? Термин «порог» подразумевает, что он должен быть БОЛЬШЕ. Из аннотации цитируемой статьи «Для планеты размером с Землю динамический режим подзвездных облаков начинает переходить, когда скорость вращения приближается к ∼10 дням. Эти более высокие скорости вращения создают более сильные зональные ветры, которые окружают планету и размазывают подзвездные облака вокруг нее». То есть требуется БЫСТРОЕ вращение.

Ответ, боюсь, элементарный.

Темно с одной стороны, светло с другой, жарко с нарастающим жаром на светлой стороне, холодно с нарастающим холодом на темной стороне, без возможности завтрашнего дня. Или сегодня тоже. Поскольку не существует ни дней, ни ночей, если уж на то пошло. Лето никогда не наступит, как и зима. Ни осенью, ни весной.

И абсолютно исключены осадки. Дождь ИЛИ снег. КОГДА-ЛИБО. И никаких изменений в облачности. То же самое сегодня, и сегодня, и сегодня. Навсегда.

Я боюсь, что атмосфера просто сгорит на горячей стороне и замерзнет на темной стороне. И будет нулевая влажность. Период. Отсутствие поверхностного источника влаги.

Но, конечно, вы всегда можете поиграть с составом атмосферы, даже если нет никакого средства для корректировки состава атмосферы (отсутствие испарения, конденсации, вулканов, особенностей поверхности или характера ветра, если предположить, что поверхность планеты идеально однородна). , и каждая часть нагревается или остывает одинаково).

РЕДАКТИРОВАТЬ

Но если вы хотите больше ДЕТАЛИ (в отличие от мысли), темная сторона будет приближаться к абсолютному нулю, поскольку НЕТ источника тепла. Светлая сторона подошла бы к экстремально высоким температурам, так как нет охлаждающего эффекта. Я боюсь, что температура атмосферы на темной стороне будет настолько низкой, что она замерзнет (независимо от состава), а замороженные вещества обычно не двигаются «на ветру». Я ожидаю, что атмосфера на горячей стороне будет настолько горячей, что выжжет ее прямо в космос, а если она перейдет на темную сторону, то замерзнет. Я не могу представить себе ни одного сценария, в котором была бы сохраненная атмосфера, за исключением, может быть, конвекционных потоков на горячей стороне с оставшейся атмосферой.

О, и лошадь всегда побеждала в скачках. Или потерять его. Потому что будет только одна лошадь. Прийти первым или последним было бы одно и то же,

Значит, я не могу предположить наличие зоны высокого давления в направлении Солнца, зоны низкого давления в космосе и турбулентности по краям? Я поздравляю вас с тем, что вы заметили, что без всех возможных переменных вы не можете получить все возможные эффекты. Но я отрицаю ваш ответ, потому что вы вообще не думали об этом.
Здесь много очень сильных заявлений, и ничего, что их действительно подкрепляет.
Поскольку вы не встроили НИЧЕГО, что изменит климат, и абсолютно ничего, что его смягчало бы, я не вижу никакого фактора, который мог бы его ИЗМЕНИТЬ. Нет факторов, которые изменили бы атмосферу. Ничего, что изменило бы химический состав атмосферы. Нет вращения, нет эффекта Кориолиса. Ни луны, ни приливного сопротивления атмосферы. Единственное изменение будет связано с непредсказуемыми ударами метеоритов. Я подумал о потенциальных воздушных потоках от нагревания и подъема воздуха на светлой стороне мертвой точки, а также охлаждения и падения на темной стороне мертвой точки.
ctd Но они были бы неизменными и статичными. Боюсь, без привязки к составу атмосферы или ее толщине расчеты теплового потока практически невозможны. Я предполагал, что в оптимуме (для гомеостаза) большая часть тепла, поступающего на светлую сторону, будет передаваться на темную сторону через эти потоки, а затем излучаться в космос. Никаких источников излучения, никакого магнитного поля, никаких источников ионизации, не нужно много думать об этом. Это не может быть ничего, КРОМЕ стабилизированной картины погоды, как описано. Погода такова, что погоды НЕТ.
ctd Наихудшим сценарием, как я сказал, было бы то, что высокое давление на светлой стороне унесет всю атмосферу в стратосферу, где, как я сказал, она сгорит в космос. Это затянет атмосферу с темной стороны, пока темная сторона не станет достаточно холодной, чтобы заморозить атмосферу. Вы не разрешили ЛЮБОЙ источник воды. Я не могу себе представить, чтобы атмосфера была чем-то иным, кроме водорода, может быть, гелия, если только он не был отложен каким-нибудь астероидом, и в этом случае состав был бы статичным. Если только его не пополнили новые астероиды, но это неизвестно.
ctd Когда вы исключите все переменные, останется немного. Как я уже сказал, в скачках участвует только одна сферическая лошадь, и эту лошадь нетрудно описать.
Как указано в вопросе: атмосфера эквивалентна Земле. Очевидно, существует температурный градиент между обращенной к Солнцу и обращенной в космос сторонами сферы. Существует гравитация, которая действует по касательной ко всем атмосферным явлениям. Солнечный эффект на экваторе больше, чем солнечный эффект на конце. Воздух не стоит на месте от нечего делать, газодинамика еще в игре. Я подозреваю, что многое происходит. Сферический конь, Джастин. Ты сделал это, будучи первокурсником в колледже. Предположим, что атмосфера не вскипает в космос, что бы она сделала?
И, чтобы подчеркнуть, вся предпосылка этого упражнения состоит в том, чтобы избежать моделирования бесконечно сложной системы с самой собой. Как инженеру, мне приходилось начинать проекты с коробок, которые постоянно говорили: «Здесь происходит волшебство». Это не делает первоначальный проект недействительным, а позволяет определить область действия системы и идентифицировать взаимодействия, прежде чем углубляться в детали отдельных операций. Если вы не делаете этого в своей жизни сейчас, вы наверняка делали это в студенческие годы.
У вас ОЧЕНЬ упрощено. Отправной точкой НЕ должна быть атмосфера, это должна быть какая-то форма более эффективной теплопередачи. Темная сторона НЕ может оставаться около абсолютного нуля, а светлая сторона невероятно горяча, не получая того, что я описал. Атмосферу Земли нельзя просто предположить, она является продуктом ВСЕХ климатических переменных Земли. Уровни кислорода, уровни CO2, озоновый слой, уровень влажности, уровень твердых частиц - все это было РЕЗУЛЬТАТОМ теплообмена из-за вращения Земли.
Я хорошо знаком с дизайном «черного ящика». Обратный дизайн. Вы начинаете с того, что хотите, и идете назад, чтобы продолжать добавлять то, что вам нужно, чтобы достичь этого. Но в этом случае вы добавляете не ту вещь в свой черный ящик в качестве своей первой переменной. Вы начинаете с наиболее значимой переменной и переходите к наименее значимой. Это похоже на разработку проекта гидроэлектростанции, начиная с размера генераторов, предполагая, что поток воды достаточен, а затем подыскивая подходящее место. САЙТ — это решающая переменная, которая управляет всем остальным дизайном.
В этом случае планетарное вращение является одной из САМЫХ значимых переменных, наряду с водой на поверхности, чтобы она могла ПОПАДАТЬ в атмосферу. Атмосферные эффекты идут позже.
@ HDE 226868 Да, я полагаю, МОЖЕТ быть темным на стороне света и ярким на темной стороне. На нагретой стороне может быть холодно, а на стороне, удаленной от источника тепла, тепло. У него может быть день без вращения, и у него могут быть даже времена года без каких-либо изменений орбиты. Она может быть непохожа ни на одну планету в нашей системе и начинаться с атмосферы, отличной от гелия или водорода, или эта атмосфера может не сгореть, как это было на каждой планете в нашей системе.
ctd У него может быть атмосфера без какого-либо внутреннего источника тепла от планеты, в отличие от ЛЮБОЙ другой планеты или тела с атмосферой. И, возможно, в атмосфере может быть вода, хотя на земле ее нет. Льда тоже нет. Нет гидрологии Все это чистое предположение с моей стороны. Планета Меркурий, в конце концов, всего лишь плод нашего космологического воображения. Но, черт возьми, я абсолютно настаиваю на том, что сферическая лошадь только одна.
-1> Комментарии постфактум, похоже, немного касаются некоторых исходных вопросов ОП, но ответ, как он опубликован, не делает того, что утверждают комментарии отвечающего, что они делают. Например, в одном комментарии говорится: «... как я уже сказал, это будет высокое давление на светлую сторону ...», но на самом деле это не указано в ответе, только в комментариях. Вопрос был о том, какой «будет» погода, а не о том, как она «изменится», но в ответе упоминаются только изменения, а не описывается существующая погода, как первоначально спрашивал спрашивающий.
Миростроительство и климат: как солнце влияет на простую сферу с атмосферой?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 3v