Может ли моя планета иметь очень тонкую атмосферу только на полюсах?

Размышляя над ответом Морской звезды Прайм на вопрос « Водоросли, использующие ультрафиолетовый свет полярных сияний для фотосинтеза» , я рассмотрел возможность существования альтернативной Земли с нормальной земной атмосферой на большей части земного шара, но разреженной атмосферой на полюсах. Это позволило бы большему количеству ультрафиолетового света проникать в высокие широты (скажем, > 60 Н и 60 С). Проблема в том, что я совершенно не понимаю, как это могло произойти.

Вот мои характеристики и требования:

  • Это планета, похожая на Землю, что означает ту же массу и средний радиус.
  • Атмосфера похожа на земную: примерно 78% азота и 21% кислорода.
  • На всех широтах ниже 60 , структура атмосферы должна быть идентична земной.
  • На всех широтах выше 60 , атмосфера должна становиться все менее и менее плотной, пока на географических полюсах плотность столба не станет примерно 10% от нормального значения.
  • Рельеф на полюсах должен быть примерно таким, как сейчас на Земле. Например, никаких гигантских горных хребтов.
  • Структура атмосферы должна быть стабильной на временных масштабах в несколько миллиардов лет.
  • Какой бы механизм ни вызывал пониженную плотность, он должен быть естественным (и, в идеале, абиотическим).
  • Пожалуйста, без магии. Давайте останемся в рамках законов физики, поскольку они существуют и в нашей Вселенной. Пожалуйста, постарайтесь свести к минимуму или избежать спекуляций.

Возможна ли эта странная полярная атмосферная структура в рамках выдвинутых требований? Я не требую точных научных ответов, но ответы должны быть достаточно строгими, чтобы они могли подтвердить, что они соответствуют требованиям, особенно плотности столбца.

Проникновение УФ-излучения в основном блокируется озоновым слоем, который практически разрушен над южным полюсом - хотя атмосферное давление там мало на что влияет.
«Землеподобная атмосфера на большей части земного шара, но разреженная на полюсах». Так ты имеешь в виду Землю?

Ответы (3)

Если вы хотите, чтобы на полюса попадало больше УФ-излучения, вы можете разрушить озоновый слой над ними. Именно это и произошло в нашем мире - химические вещества, разрушающие озоновый слой, достигли верхних слоев атмосферы и благодаря ветровым течениям десятилетиями концентрировались над полюсами, особенно над южным полюсом.

Дыра над южным полюсом показана голубоватыми оттенками ниже:

Озоновая дыра над южным полюсом

Источник: https://earthobservatory.nasa.gov/images/38835/antarctic-ozone-hole-1979-to-2008 .

Озоновый слой не блокирует все УФ-излучение и не является единственным блокировщиком УФ-излучения. Он экранирует большую часть излучения УФ-С и УФ-В, которые являются наиболее вредными формами для жизни.

Если вы желаете иметь механизм, который очищает полюса от всех газов, однако, для более низкого атмосферного давления на полюсах... Я не думаю, что это было бы осуществимо. Разница в давлении будет означать, что на полярных границах дуют ветры силы гнева бога. Давление либо выровняется за относительно короткое геологическое время, либо постоянные мегаураганы сделают планету, возможно, лишенной жизни, с сильно отличающимися геологическими характеристиками из-за эрозии, скорее всего, сочетанием того и другого.

Если вы уменьшите ограничения, чтобы учесть планеты, похожие на Землю во время формирования планет, но отличные от нынешней Земли: может быть, тектоническое событие, которое заставляет плиты на полюсах рушиться, для климата ада над ними. Это может быть стабильным в течение сотен миллионов лет. Открытая мантия будет нагревать воздух над ней, заставляя воздух расширяться. Он будет вытеснен из полярных регионов с большой силой, что может создать границу давления. Там, где он встречается с более холодным воздухом, он будет двигаться выше и выше, уменьшая свое давление на полюс, а также поддерживая вихрь над регионом. Такая планета была бы адской на полюсах, поэтому весь смысл другого вопроса о наличии водорослей, питающихся УФ-излучением, был бы потерян.

Короткий ответ: нет, это невозможно. Глубина столба атмосферы основана на гравитации планеты и общей массе атмосферы. Газ будет расширяться, чтобы заполнить свой контейнер (это основное определение газа), и в данном случае контейнер — это степень, в которой гравитация может удерживать его на планете.

Однако не все потеряно, если вы готовы немного поиграть с геологией своей планеты.

Если предположить, что выше 60 градусов широты находится очень большая горная цепь, которая увеличивается в высоту, пока не достигает полюсов, становится возможным разрежение вашей атмосферы.

Это несколько натягивает доверие с точки зрения тектоники плит, но это не должно быть невозможным. Что вам нужно сделать, так это иметь две большие плиты на каждом конце планеты, а затем вдоль экватора иметь разломы, которые распространяются наружу. Это несколько противоположно тектонике земных плит, где рифты и зоны субдукции обычно перемещаются вдоль долготы с севера на юг, но нет реальной причины, по которой вы не могли бы повернуть все на 90 градусов и распространиться по широте.

На Земле рифты и зоны субдукции обычно находятся в океанах, но не всегда. Исландия является ярким примером того, где разломы выходят на сушу, но зоны субдукции почти всегда находятся под океаном (они толкают кору вниз, и в конечном итоге она опускается ниже уровня моря). Однако Гималаи очень похожи на зону субдукции, и не случайно самые высокие горы Земли находятся в Гималаях.

Таким образом, ваша планета, вероятно, будет иметь следующие характеристики: Большое экваториальное море, содержащее рифтовую зону вокруг экватора планеты. Это толкает новый материал плиты на север и юг, где он сталкивается с полярными плитами примерно на 60 градусах широты. Поскольку столкновения происходят по всей окружности вашей планеты, они толкают плиту внутрь, заставляя массивные горы подниматься к полюсам. Эти горы очень высокие, возможно, в 1,5 раза выше Эвереста, но намного шире, покрывая почти все полярные континенты, поэтому, как и Олимп на Марсе, вы не можете сказать, что находитесь на вершине горы на полюсах. . Поскольку они так сильно поднимаются в высоту, давление резко падает. Фактически, при 10% давлении оно приближается к пределу Армстронга,

Из-за массивных зон субдукции, окружающих ваши полярные континенты, прибрежные линии имеют репутацию источников мощных цунами каждые несколько сотен лет. Из-за этого большинство людей избегают жить у моря. Те, что строят на возвышенности и научились строить жилища, способные либо противостоять сильным землетрясениям, либо легко восстанавливаться после них.

В экваториальных морях нет реальных массивов суши, которые могли бы препятствовать ветрам, поэтому могут образовываться чрезвычайно сильные ветры. Возможно, области ниже 30 градусов широты известны как «Буря банши» из-за сильных штормов, которые формируются почти постоянно. Однако ниже 10 градусов широты находится «Центральный пояс оазиса», где сильные штормы не могут образовываться из-за ячеек Хэдли и зоны межтропической конвергенции, подавляющей их. Поскольку эта область также находится рядом с расширяющимися разломами, небольшие островные цепи, вероятно, сформируются, когда горы разломов станут достаточно большими, чтобы подняться над уровнем моря, что, возможно, приведет к появлению множества малых островных государств вокруг пояса вашей планеты. Поскольку острова ограничены на севере и юге Бурями Банши, островные государства в основном изолированы от остального мира.

Если вы хотите иметь существенный градиент давления, и вы хотите, чтобы он оставался стабильным в течение геологических эпох, вам нужно что-то, что противодействовало бы этому градиенту.

Что вы можете использовать? Но, конечно же, вращение планеты, которое, если оно будет достаточно быстрым, приведет к распространению жидкостей, газов и даже твердых тел вдоль экватора.

Поскольку вы хотите, чтобы она была стабильной в течение миллиардов лет, вы не можете позволить себе Луну, поскольку ее влияние, вызывающее приливы, замедлит вращение планеты, как это произошло с нашей планетой.

Скорость вращения, необходимая для снижения давления на полюсах настолько, насколько указал ОП, недостижима до тех пор, пока не будет преодолено трение между воздухом и поверхностью планеты. У вас будет планета, вращающаяся под своей атмосферой, но без желаемого эффекта. Центрифуги по обогащению урана должны вращаться со сверхзвуковой скоростью, и они работают с чрезвычайно тяжелыми ядрами.