Могла ли луна Юпитера или Сатурна сохранить свою атмосферу, если бы система находилась в обитаемой зоне?

На ваш первый вопрос... из этой статьи мы видим, что существует 3 типа выхода из атмосферы:

• Утечка джинсов : Факторы температуры и скорости убегания определяют газы и их количество. Используя диаграмму , представленную в комментариях, и перемещая Титан по оси x примерно ниже положения Земли, мы видим, что Титан потеряет большую часть газов, кроме ксенона.

• Обмен зарядами : солнечное излучение создает электроны и положительно заряженные ионы в верхних слоях атмосферы, отрывая электроны от атомов или молекул. Титан около 95% времени защищен магнитным полем Сатурна, а остальные 5% времени атмосфера Титана намагничена, создавая искусственно созданное магнитное поле на короткий период времени. Это предотвращает массовые потери атмосферы. Таким образом, если Титан находится на орбите, подобной земной, Титан потеряет много атмосферы из-за солнечного ветра.

• Вертикальный выход из атмосферы / ударная эрозия : энергетические объекты, которые ударяются о планету, разрушают ее атмосферу, создавая шлейф нагретого газа. Если Титан будет поражен, он потеряет значительную часть своей атмосферы. Однако это имеет мало общего с вашим сценарием, так что не будем это рассматривать.

Таким образом, мы можем видеть, что если Титан переместится в обитаемую зону, он потеряет значительную часть или, возможно, почти всю свою атмосферу.

---

Что касается вашего второго вопроса, основным фактором потери атмосферы в этом сценарии для небольшого (условно говоря) небесного тела в обитаемой зоне Солнца является солнечный ветер. Если мы посмотрим на внутренние планеты, мы увидим, что все они имеют ту или иную форму магнитного поля. Меркурий имеет относительно сильный; У Венеры слабый, индуцированный; Земля имеет сильное магнитное поле; Марс имеет остатки своего рассеянного. Магнитное поле обеспечивает защиту атмосферы планеты.

У Титана нет магнитного поля. Если бы небесное тело попало в обитаемую зону Солнца, ему было бы трудно удовлетворить ваши критерии. Итак, давайте предположим, что Луна, которую мы поместили в обитаемую зону Солнца, имеет магнитное поле, такое же, как у Земли.

В обитаемой зоне можно сказать, что средняя температура тела будет около 300 К, как и на Земле. Затем давайте определим, что земная атмосфера будет состоять как минимум из азота, кислорода, паров H2O и CO2. Используя ту же схему , мы можем начать с перемещения Титана ниже Земли, а затем переместить его туда, где могут задерживаться пары H2O. Мы обнаружили, что небесное тело с земным магнитным полем может сохранять земную атмосферу, если его скорость убегания составляет около 6-8 км/с.

1-й вопрос : Говорят, что астрономическое тело может сохранить свою атмосферу, если его скорость убегания более чем в шесть раз превышает среднюю скорость молекул.

Гравитация — не единственный фактор , позволяющий объекту сохранять атмосферу. На Луне есть гравитация, но это практически вакуум, Марс имеет поверхностное давление менее 1% от земного и продолжает терять оставшуюся атмосферу.

Титан защищен магнитным полем Сатурна , а не собственным. Если бы Титан приблизился к Солнцу, солнечный ветер быстро лишил бы его атмосферы.

Википедия: Луна

• Сила тяжести на поверхности 1,62 м/с2 (0,1654 г)
• Скорость убегания 2,38 км/с
• Приземное давление 10-7 Па (1 пикобар) (день), 10-10 Па (1 фемтобар) (ночь)
• Температура - самая низкая: Lunar Reconnaissance Orbiter измерил самые низкие летние температуры в кратерах на южном полюсе: 35 K (-238 ° C; -397 ° F) и всего 26 K (-247 ° C; -413 ° F) вблизи зимнее солнцестояние в северном полярном кратере Эрмит. Это самая низкая температура в Солнечной системе, когда-либо измеренная космическим кораблем, холоднее даже, чем поверхность Плутона.
• Магнитное поле . Внешнее магнитное поле Луны составляет около 1–100 наноТесла, что составляет менее одной сотой магнитного поля Земли.

Википедия: Атмосфера Луны

«Атмосфера Луны представляет собой очень скудное присутствие газов, окружающих Луну. Для большинства практических целей Луна считается окруженной вакуумом. Повышенное присутствие атомных и молекулярных частиц в ее окрестностях по сравнению с межпланетной средой, называемое как «лунная атмосфера» для научных целей, ничтожно мала по сравнению с газовыми оболочками, окружающими Землю и большинство планет Солнечной системы.Давление этой небольшой массы составляет около 3 × 10–15 атм (0,3 нПа) и меняется в течение дня. , и общей массой менее 10 метрических тонн.2В противном случае считается, что Луна не имеет атмосферы, потому что она не может поглощать измеримое количество радиации, не выглядит слоистой или самоциркулирующей и требует постоянного пополнения из-за высокой скорости, с которой ее газы улетучиваются в космос».

Википедия Марс

• Сила тяжести на поверхности 3,72076 м/с2 10 (12,2072 фут/с2; 0,3794 г)
• Спасательная скорость 5,027 км / с (18100 км / ч; 11250 миль / ч)

• Поверхностное давление 0,636 (0,4–0,87) кПа 0,00628 атм

• $\begin{array}{lc}\text{Surface temp.} & \text{min} & \text{mean} & \text{max} \\ \text{Kelvin} & 130 \text{ K} & 210 \text{ K} & 308 \text{ K} \\ \text{Celsius} & −143 \text{ °C} & −63 \text{ °C} & 35 \text{ °C} \\ \text{Fahrenheit} & −226 \text{ °F} & −82 \text{ °F} & 95 \text{ °F}\end{array}$

• Магнитное поле - Неполное. Марс не имеет глобального магнитного поля, которое направляет заряженные частицы, попадающие в атмосферу.

Википедия: Атмосфера Марса

«Атмосфера Марса — это слой газа, окружающий Марс. Он в основном состоит из двуокиси углерода (94,9%), молекулярного азота (2,6%) и аргона (1,9%). Он также содержит следовые количества водяного пара, кислорода, углерода моноксид, водород и другие благородные газы. Атмосфера Марса намного тоньше земной. Давление на поверхности составляет всего около 610 Паскалей (0,088 фунтов на квадратный дюйм; 6,1 мбар), что составляет менее 1% от земного значения. В настоящее время тонкая марсианская атмосфера запрещает существование жидкой воды на поверхности Марса, но многие исследования предполагают, что марсианская атмосфера в прошлом была намного толще.На протяжении всей истории атмосфера Марса теряла массу в космос, и утечка газов продолжается и сегодня . ".

Википедия: Титан

• Поверхностная гравитация 1,352 м/с2 (0,138 г) (0,835 Луны)
• Скорость убегания 2,639 км / с (0,236 Земли) (1,11 Луны)
• Поверхностное давление 146,7 кПа (1,45 атм)
• Температура 93,7 К (-179,5 ° С)
• Магнитное поле — временное, благодаря Сатурну .

Атмосфера: спутник Сатурна Титан и спутник Юпитера Ио имеют атмосферы и подвержены процессам потери атмосферы. У них нет собственных магнитных полей, но они вращаются вокруг планет с мощными магнитными полями, которые защищают эти спутники от солнечного ветра, когда его орбита находится в пределах ударная волна. Однако Титан проводит примерно половину своего времени прохождения за пределами ударной волны, подвергаясь беспрепятственному воздействию солнечных ветров. Кинетическая энергия, полученная в результате захвата и распыления, связанных с солнечными ветрами, увеличивает тепловую утечку во время прохождения Титана, вызывая утечку нейтрального водорода. 15 Вышедший водород сохраняет орбиту, следуя за Титаном, создавая нейтральный водородный тор вокруг Сатурна».

 

2-й вопрос : Означает ли это, что если такую ​​луну, как Титан, переместить в обитаемую зону и нагреть до пригодных для жизни температур, то ее атмосфера улетучится?

Да.

13 июня 2007 года ( и другие даты) Титан рискнул выйти из-под защиты магнитного поля Сатурна, он оставался временно намагниченным в течение 3 часов . Так получилось, что у Кассини была хорошая возможность сделать несколько фотографий (прокрутите вниз).

Магнитное поле Земли защищает ее от солнечного ветра и сохраняет нашу атмосферу.

Несколько интересных (но менее связанных с вопросом) видеороликов об атмосфере Титана:

Видео поверхности Титана доступно в НАСА: « Открытый мир: Кассини на Титане » (11 августа 2017 г.). На видео: « Titan Touchdown » показано приземление на поверхность (11 января 2017 г.). Данные радара Кассини, преобразованные в раскрашенный фильм, показаны в видеоролике: « Полет над внеземной страной озер » (12 декабря 2013 г.). Также доступно озвученное видео приземления: « Вид на Титан с Гюйгенса ».

Нет, это не означает, что его атмосфера улетучится, хотя часть ее улетучится из-за более низкой гравитации Титана. Титан вряд ли переместится в обитаемую зону, но если бы он это сделал, то сохранил бы большую часть своей атмосферы на миллиарды лет. Земля хранила большую часть своего азота в течение миллиардов лет, и, хотя скорость убегания Титана меньше, он мог удерживать азот в течение очень долгого времени. След Н2 и Не4 в его атмосфере долго не продержится.

Обитаемая зона — это не только орбита Земли. Когда-то Марс был пригоден для жизни, если не считать недостатка кислорода, как и Венера, за исключением, вероятно, ее экваториальной зоны, где было бы слишком жарко. Обе планеты сохранили свой CO2, и Титан тоже. Если бы Титан переместился на марсианскую орбиту, на какое-то время произошли бы некоторые модификации. Метан скоро уменьшится, нынешний подземный океан льда растает, подземные отложения замороженного CO2 испарятся, и в результате парникового эффекта Титан станет теплее Марса, точно так же, как древний Марс был теплее современного Марса. Водяной пар станет важной составляющей атмосферы и усилит парниковый эффект.

Аналогичные соображения применимы к Ганимеду и Калисто, за исключением того, что им будет очень не хватать азота. Какая польза от всех этих спекуляций, я не уверен, видя, что это никогда не произойдет.