Может ли тектонически неактивная планета сохранять долгосрочную атмосферу?

Да, тектонически неактивная планета может долго сохранять атмосферу.

Вы устанавливаете связь, что отсутствие тектоники плит на планете указывает на «мертвое» ядро, и, таким образом, у этой планеты нет магнитосферы. Таким образом, я собираюсь интерпретировать ваш вопрос так: может ли планета без магнитосферы сохранять атмосферу в течение длительного времени? В доказательство предлагаю Венеру.

Магнитное поле Венеры

Венера — планета без магнитосферы, генерируемой ядром. Считается, что причиной этого является медленная скорость вращения Венеры (почти 243 дня) и отсутствие конвекции, что обеспечивает объемное движение в ядре. Я уверен, вы знаете, что для создания магнитных полей нужен движущийся заряд, а ядро ​​Венеры просто не движется. Таким образом, мы видим, что Венера — тектонически мертвая планета — возраст ее поверхности примерно 500 миллионов лет, тогда как поверхность Земли обновляется каждые 100 миллионов лет или меньше из-за нашей тектоники плит.

Итак, Венера не полностью лишена магнитного поля. По иронии судьбы, отсутствие магнитосферы позволяет генерировать магнитное поле атмосферой. Поскольку солнечное излучение более или менее прямо попадает в атмосферу, Венера имеет сильную ионосферу. Когда в атмосфере движется множество заряженных частиц, возникает магнитное поле. Но в целом это поле очень и очень слабое по сравнению с настоящей магнитосферой, какой мы имеем на Земле.

Я нашел этот источник , в котором много говорится об этой концепции и о том, почему у Венеры нет магнитосферы. Проверьте это, чтобы получить гораздо больше подробностей.

Атмосфера Венеры

Итак, у Венеры нет заметной магнитосферы (или тектоники плит). Почему у него есть атмосфера? И у него есть атмосфера. Поверхностное давление на Венере оценивается в$\sim93\:\mathrm{atm}$.

Короче говоря, ответ заключается в том, что затопление атмосферы солнечным ветром не обязательно является основным фактором, способствующим атмосферным потерям. Можно, но не всегда. Например, Меркурий, еще одна планета со слабой (но не нулевой) магнитосферой, не имеет атмосферы (если она когда-либо была), потому что он находится так близко к Солнцу, что солнечный ветер, вероятно, давно сдул эту атмосферу. С другой стороны, Венера находится достаточно далеко, чтобы солнечный ветер не мог разрушить атмосферу. Здесь я собираюсь напрямую процитировать Википедию (выделено мной).

Отсутствие магнитного поля не определяет судьбу атмосферы планеты. Венера, например, не имеет мощного магнитного поля. Его непосредственная близость к Солнцу также увеличивает скорость и количество частиц и, по-видимому, приведет к тому, что атмосфера будет почти полностью очищена, как и у Марса. Несмотря на это, атмосфера Венеры на два порядка плотнее земной. Последние модели показывают, что на зачистку солнечным ветром приходится менее 1/3 общих процессов нетепловых потерь.

Атмосферные потери

Если солнечный ветер не является фактором, способствующим атмосферным потерям, то что? Ответом на этот вопрос является процесс, известный как побег Джин . Проще говоря, чтобы частицы газа в атмосфере вырвались в космос, им нужно достаточно энергии, чтобы выбраться из гравитационного колодца планеты. Некоторые частицы будут иметь эту энергию и, таким образом, улетят в космос. Со временем атмосфера понемногу испаряется (это происходит и с Землей!).

Факторами, влияющими на скорость, с которой планета теряет свою атмосферу, являются такие вещи, как масса и радиус планеты, а также масса атмосферных частиц. Давайте посмотрим на Венеру. Он сравним по массе и размеру с Землей и поэтому имеет достаточно заметный гравитационный колодец. Чтобы что-то сбежало с Венеры, оно должно двигаться со скоростью$10.4\:\mathrm{km/s}$(по сравнению с земным$11.2\:\mathrm{km/s}$). Но, по крайней мере, для Венеры важным фактором является то, что атомы и молекулы в ее атмосфере тяжелые. Это почти полностью($\sim97\%$) углекислый газ, который имеет массу$\sim44\:\mathrm{amu}$. Это означает, что шансы на то, что такая массивная частица получит энергию для побега, довольно малы.

Дегазация

Просто еще один момент, чтобы добавить к этому. Можно возразить, что, возможно, атмосфера постоянно пополняется/может пополняться, но здесь это не сработает, потому что мы предполагаем, что планета тектонически мертва. На планете без активной поверхности не может быть выделения газа.

Заключение

Есть много факторов, определяющих выход в атмосферу. Разные планеты потеряют свою атмосферу по разным причинам. Однако планета вполне может при правильных условиях поддерживать атмосферу в течение длительного времени, несмотря на отсутствие глобальной магнитосферы. Как мы можем видеть на Венере, условия обычно таковы, что планета должна быть достаточно далеко от звезды, ее атмосфера должна быть достаточно плотной и состоять из тяжелых частиц, а сама планета должна быть достаточно большой, чтобы иметь заметную гравитацию. Если все эти условия соблюдены, планета может сохранить атмосферу, не имея магнитосферы для ее защиты.