Если планета всегда обращена к Солнцу одной и той же стороной, так что у нее есть постоянная ночная сторона и постоянная дневная сторона, у нее будет сумеречная зона между двумя сторонами. Это будет полоса вокруг планеты, в которой постоянно наблюдаются условия, подобные сумеркам/рассветам. Если на дневной стороне слишком жарко, а на ночной слишком холодно для жизни, то насколько широкой может быть обитаемая сумеречная зона? Какие факторы могут повлиять на его ширину? Сколько изменений будет внутри него, и будет ли резкий обрыв, когда он станет непригодным для жизни, или постепенный дрейф в крайнюю жару или холод?
Если планета приливно-отливная, то основным определяющим свойством планеты будет перенос тепла с теплой стороны на холодную. Существует два основных механизма переноса тепла: воздушные течения (ветер) и океанские течения.
Чтобы упростить запись, я определю основные направления следующим образом (это отличается от общепринятых определений, но поскольку в любом случае нет никакого релевантного вращения — если только планета не находится очень близко к звезде, но тогда планета, вероятно, все равно не будет обитаемой). — обычные определения в любом случае были бы бесполезны):
Север - это направление от солнца, юг - это направление к солнцу. То есть по мере продвижения на север становится холоднее и темнее.
Восток и запад , как обычно, являются направлениями, перпендикулярными этому. То есть в направлении восток-запад яркость будет постоянной (за исключением влияния местности).
Основной механизм будет заключаться в том, что воздух/вода будут нагреваться и, следовательно, подниматься на южной стороне, а охлаждаться и, следовательно, опускаться на северной стороне.
Что касается воздуха, то, что вы испытаете, это нижняя часть воздушного потока. Следовательно, будет постоянный холодный ветер, дующий с холодной стороны на теплую. Основное влияние на этот ветер окажут горы и океаны. Горы могут блокировать ветры, если они находятся в направлении восток-запад. Они не будут препятствовать ветру в направлении север-юг, но при правильной форме они могут увеличить скорость и, следовательно, позволят ветру пройти дальше, прежде чем он прогреется.
Также обратите внимание, что если воздух проходит над океаном (особенно если океан теплее воздуха), он будет содержать больше воды. Если затем он будет вынужден пройти через гору (с востока на запад), вода будет конденсироваться там и пойдет дождь / снег, оставляя тепло конденсации в воздухе; поэтому, когда ветер стихает, он становится теплее, чем в начале (так называемый ветер Фоэн ). Конечно, если к северу от горы будет слишком холодно, не будет открытого океана (свободного от поверхностного льда), из которого можно было бы черпать воду (этому можно было бы локально помочь с помощью вулканизма; даже если само тепло невелико, его может быть достаточно, чтобы обеспечивают значительную площадь открытой воды).
На севере дополнительное охлаждение ветром нежелательно (в любом случае довольно холодно). Следовательно, вы бы предпочли иметь горы с востока на запад к северу от обитаемой зоны; хорошо расположенная гора с востока на запад на севере могла бы расширить там обитаемую зону, в идеале с открытой водой к северу от нее. На южной стороне дополнительное охлаждение будет как нельзя кстати; горы с севера на юг были бы идеальными. Однако очень далеко на юге (в идеале как раз в конце расширенной обитаемой зоны) вам снова нужны горы с востока на запад, чтобы собрать воду из воздуха, прежде чем она уйдет в южную пустыню.
Также обратите внимание, что горы могут генерировать местные ветры, отличные от преобладающего северного ветра. Вихри могли даже переносить более теплый воздух немного на север.
Еще один момент, касающийся обитаемости, — высота. Чем выше поднимаешься, тем холоднее становится воздух, а значит, можно жить в горах на юге, где на уровне моря уже было бы слишком жарко. Это еще одна причина, почему вам нужны горы на юге. Также учтите, что в тени горы (которая никогда не двигается!) будет холоднее, чем под прямыми лучами солнца, так что эти тени могут увеличить обитаемую зону. Обратите особое внимание на то, что в/около сумеречной зоны у вас будут очень большие тени.
Еще один момент, на который стоит обратить внимание, это состав воздуха. С одной стороны, вам нужны парниковые газы. Парниковые газы не только делают планету теплее, чем она была бы в противном случае; удерживая тепло в атмосфере дольше, это также обеспечивает более равномерное распределение. То есть планета, заблокированная приливом, с меньшей поступающей радиацией, но с более высоким парниковым эффектом для достижения той же средней температуры, будет иметь большую обитаемую зону.
С другой стороны, если в воздухе много пыли (возможно, из-за сильного вулканизма), свет будет более рассеянным, и, следовательно, вы получите более равномерно распределенное освещение (и более впечатляющее цветное небо/солнце). Обратите внимание, что большее количество пыли, вероятно, также снизит среднюю температуру.
Наконец, есть еще показатель преломления воздуха: закат на Земле кажется более поздним, чем рассчитано с помощью чистой геометрии, потому что воздух преломляет свет вниз. Следовательно, на заблокированной приливом планете сумеречная зона будет немного смещена к северу, оставляя освещенной большую часть планеты. Освещенная площадь будет тем больше, чем больше показатель преломления воздуха.
Что касается океанских течений, вы испытываете верхнюю сторону океана, поэтому основным эффектом океанских течений будет перенос тепла с юга на север. Например, в Европе намного теплее, чем можно было бы ожидать от широты, благодаря Гольфстриму . Обратите внимание, что океанские течения намного сложнее из-за континентов, но, как правило, вы хотите, чтобы океаны были в направлении север-юг, чтобы обеспечить движение океанских течений на север. Также обратите внимание, что океанское течение также может быть причиной того, что некоторые северные океаны свободны ото льда, чтобы обеспечить источник воды для ветра Фоэн.
Еще один момент, который следует учитывать, заключается в том, что орбита может быть слегка эллиптической (как у большинства планет). В этом случае приливной замок не будет идеальным, но планета, по-видимому, будет немного «колебаться» вокруг положения замка (поскольку скорость вращения планеты постоянна, а из-за эллиптической орбиты скорость вращения не меняется). Обратите внимание, что это также относится и к земной Луне: она не всегда обращена к Земле одной и той же стороной.
Такая слегка эллиптическая орбита затем вызвала бы времена года в некоторых частях сумеречной зоны (она также оказала бы сезонное влияние на общее приходящее излучение из-за разного расстояния до центральной звезды). По сути, солнце немного поднималось/опускалось в течение года.
Поскольку это кажущееся повышение также будет распределять поступающее звездное излучение в среднем по большей площади, оно также может увеличить обитаемую зону.
При наличии на планете земной атмосферы существует несколько научных статей, пытающихся ответить на этот вопрос. Например Джоши 1997 или Джоши 2003 . Самый последний, вероятно, Ян 2013 года . В его статье есть очень интересные карты облачности (стр. 1) или температуры, включая облачность (стр. 5).
Согласно этим расчетам, средняя разница температур между подзвездной точкой и сумеречной зоной составляет примерно 70 кельвинов. Статьи Джоши дают только около 40 кельвинов или меньше. Если вы спросите о пригодности для жизни людей, разумный диапазон температур для них, вероятно, составляет 0–30 °C, что, согласно Янгу, вероятно, будет от экватора (0° широты) до 40° широты. Джоши, вероятно, дал бы еще больше. Поскольку экстремофильные организмы выдерживают температуру около 80°C и выше, они могут заселить все изолированное полушарие.
Также важно отметить, что более высокая плотность атмосферы означает более высокий поток и меньшую разницу температур. Наоборот, более разреженная атмосфера означает более высокие перепады температур. Расчеты в статьях для водных планет. Над крупными континентами температура на изолированном полушарии будет намного выше (на 30-50 кельвинов больше?). Я не знаю, много ли статей на эту тему.
Ширина зоны будет напрямую коррелировать с размером планеты. Сумерки/сумерки — это когда солнце находится на 6 градусов ниже горизонта (для земли), поэтому эта часть света будет почти перпендикулярна солнцу. Большая планета будет иметь гораздо более пологий изгиб, что позволит большей площади планеты находиться в сумерках/сумерках.
Вариация и отсечка будут определяться шириной зоны. Узкая зона будет иметь небольшие вариации, но резкое отсечение, поскольку зона мало влияет на горячую и холодную стороны. Более широкая зона будет иметь большую разницу между горячей стороной и холодной стороной, но более постепенную отсечку.
Я бы выбрал другой подход, чем приведенные выше ответы:
Эволюция удивительно хорошо находит решения для жизни в самых суровых условиях. На дне Марианской впадины давление более 100 МПа, полная темнота, а близлежащие гидротермальные жерла комфортно покоятся при температуре 400 градусов по Цельсию. В таких условиях мы нашли жизнь. Водяные медведи известны своей способностью выживать при температуре 1 градус выше абсолютного нуля или в космическом вакууме в течение нескольких минут. Природа действительно хорошо находит способы заселить области.
Я ожидаю увидеть градиент по мере приближения к негостеприимным частям ландшафта, где мы видим низшие формы жизни, потому что у них меньше стимулов становиться более сложными или более разумными.
Мы бы увидели больше острых краев, если бы планета действительно была заблокирована приливами. На самом деле будет НЕКОТОРОЕ колебание, хотя и незначительное, с образованием областей, где существуют средние температуры. Эти размытые области позволили бы эволюции начать поиск решений для адаптации.
Сначала последний вопрос: нет, резкой резки не будет. На Луне нет сумерек, потому что у нее нет атмосферы: солнце на небе или его нет, и точка. Но у Земли есть атмосфера, поэтому у нас бывает несколько раз, два раза в день, когда Солнца нет на небе, но вокруг есть немного света. Это сумерки. И обратите внимание, что они оба находятся с Солнцем, а не на небе, поэтому на заблокированной приливами планете сумеречная зона будет одновременно телесериалом и полосой на темной стороне, касающейся линии терминатора. Он неравномерно распределен как в светлую, так и в темную сторону.
Чем плотнее и выше атмосфера, тем больше зона сумерек. Вариации на нем были бы такими же, как и в наших сумерках. Действительно, это было бы почти то же самое, что и наши сумерки во всех аспектах, кроме погоды.
Погода в нашей сумеречной зоне включает ветры с еще горячего моря на уже холодную землю (бризы), кратковременные в сумерках, и с уже жаркой земли на еще холодное море (кратковременные, на рассвете). В зоне постоянных сумерек это не может произойти так просто, так как это довольно быстро стянуло бы всю атмосферу в зону холода. Но применима та же термодинамика, поэтому вам понадобится постоянный ветер у поверхности, а также постоянный встречный ветер выше в атмосфере, уравновешивающий давление на светлой и темной сторонах.
Надо сказать, что сумеречная зона не эквивалентна обитаемой зоне. Для жизни будет больше места в яркой зоне, около линии терминатора, где Солнце всегда находится на небе, но низко на небе и, таким образом, приносит небольшое количество света и тепла. В этих зонах вы будете иметь постоянные тени, отбрасываемые горами и деревьями, и так очень разнообразный биом, от сибирской тайги до пустыни Сахара, до нежилой зоны.
Поскольку в яркой зоне могут быть океаны, у вас также может быть большое испарение и, следовательно, огромные облака и штормы, которые делают не слишком жаркую зону еще больше. С достаточно темной атмосферой даже вся планета может быть пригодна для жизни!
Если под обитаемыми мы подразумеваем: «Поддерживает фотосинтезирующие растения, которые служат основой местной экологии», это достаточно просто. Это часть планеты, которая получает солнечный свет, что составляет примерно половину его. Это, очевидно, предполагает оптимальную гидросферу и атмосферу, обеспечивающие обитаемую температуру для всей планеты.
На практике было бы много переменных, которые могли бы сделать его меньше или больше. Если под «пригодным для жизни» мы подразумеваем «пригодный для проживания людей без высоких технологий», а планета неоптимальна по своему покрытию водой, может быть обитаемая жаркая область, и никто не будет жить на крайних краях. Если нас не особенно интересуют люди, ответом будет более половины планеты из-за течений, переносящих планктон в темную область, а область, которая получает свет, на самом деле несколько больше половины из-за колебания и разницы в размерах между звездой. и планета. Число, которое вы хотите, находится где-то между этими двумя концами.
Я действительно думаю, что «примерно половина» — лучший «общий ответ», который вы можете получить.
Также обратите внимание, что при хемосинтезе у темной стороны может быть активная и довольно интересная экология. Если мы предположим активный вулканизм (на самом деле вполне разумный) и отбросим потребность в фотосинтезе как основе экологии, вся планета может поддерживать жизнь. Это действительно вероятно для планет с естественной жизнью. Жизнь действительно хороша в распространении себя. А хемосинтетическая жизнь обычно считается очень ранним развитием.
В сумеречной зоне будут существовать разновидности растительной жизни, которые будут приспосабливаться, чтобы собирать как можно больше света, становясь темнее, чтобы поглощать больше, возможно, даже черного цвета. Цвет растения может затем светлеть, когда вы переходите к терминатору и обратно на светлую сторону.
Давайте, ребята, будьте в курсе. Мир, над которым вы здесь работаете, — это Планета Глазного Яблока... Посмотрите. :> Такой мир возможен и многие, вероятно, существуют. Колония в сумеречной области будет стабильной, устойчивой и сможет использовать участок земли в 25 тысяч миль вокруг и, возможно, 2500 миль в ширину. Все это было бы пригодно для жизни, так как потоки, протекающие со стороны льда (вода, тающая с ледников и т. д. по мере приближения к теплу), будут протекать на горячую сторону, где она испаряется и снова выпадает в виде дождя на темной стороне. Верхний предел численности населения был бы, возможно, миллиардом, если бы не использовалась аркология в стиле Солери или, что более вероятно, их группа. Венера могла бы стать миром Глазного Яблока с небольшой настройкой.
Керш