Проверка правдоподобия: обитаемая экзолуна

1 не совместим с 2, последняя часть 5 и 7.

Мы знаем, что у нашей Луны нет атмосферы, поэтому луна даже меньшего размера, вероятно, не сможет удерживать атмосферу в течение времени, необходимого для формирования жизни.

3, 5 и 6 также противоречат друг другу: обращение вокруг газового гиганта за 4 десятилетия, скорее всего, приведет к приливному запиранию. Опять же, наша луна вращается вокруг скалистой планеты менее чем за 3 десятилетия, и она заблокирована.

Если вместо этого под десятилетием вы подразумеваете 10 лет, планете было бы трудно иметь расширяющуюся сферу Хилла. Если бы он был, расстояние от центральной звезды было бы настолько большим, что не хватило бы тепла для поддержания жизни или жидкостей.

из вышесказанного следует, что и 4 маловероятно: без атмосферы жидкости очень трудно сохранять стойкость.

Правдоподобна ли эта луна

1. эта луна немного меньше нашей луны

2. у него плотная атмосфера. настолько, что плавающие водоросли процветают на ветру.

3. Луна не слишком близко к своей планете и не слишком далеко. так что луна не заперта приливом

4. его земля очень гористая и тектонически активная. так что моря на этой планете напоминают соединенные мега-озера.

5. он вращается вокруг своей планеты за 4 десятилетия. поэтому у луны есть годы долгих сезонов. Лунная жизнь приспособилась к этому.

6. она вращается вокруг газового гиганта крупнее Юпитера.

7. растения планеты имеют голубые листья.

Короткий ответ:

Нет, по нескольким причинам.

Длинный ответ:

Это зависит от многих сложных факторов. Части того, что вы запрашиваете, будут более правдоподобными, чем другие, а некоторые части могут совершенно не соответствовать другим частям.

Часть первая: Размер Луны

эта луна немного меньше нашей луны

Вы не смогли определить "меньше". Я предполагаю, что вы имеете в виду размеры, радиус, диаметр и объем Луны. И, безусловно, физически возможно, что экзолуна экзопланеты в другой звездной системе будет немного меньше земной Луны.

Но на земной Луне нет значительной атмосферы или воды.

Таким образом, вы должны решить, имеет ли ваша луна естественную атмосферу, созданную естественным путем и удерживаемую гравитацией Луны, или искусственную, созданную развитой цивилизацией, которая также построила крышу по всей поверхности Луны, чтобы удерживать атмосферу внутри, например гигантская лунная база по всей поверхности Луны.

Очевидно, чем меньше мир, тем меньше должен быть проект, чтобы дать ему крышу для сохранения искусственной атмосферы.

Важным качеством, определяющим, как долго планета может естественным образом сохранять свою атмосферу, является ее скорость убегания, которая определяется ее массой и радиусом.

Вопрос о том, как скорость убегания определяет, как долго мир может сохранять свою атмосферу, обсуждается в Стивене Х. Доуле, Обитаемые планеты для человека , 1964, стр. 33-39.

https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/commercial_books/2007/RAND_CB179-1.pdf

Обратите внимание, что таблица 5 на странице 35 показывает, что если скорости атмосферного газа остаются прежними, увеличения скорости убегания в 3 раза, с удвоенной скорости газа до 6-кратной скорости газа, достаточно, чтобы изменить время удержания в атмосфере с нуля до бесконечности. .

Есть и другие факторы, которые могут увеличить скорость, с которой мир теряет свою атмосферу, но ничто не может замедлить потерю атмосферы ниже скорости, определяемой его скоростью убегания и температурой экзосферы. Только постоянное поступление газов в атмосферу может поддерживать плотность атмосферы неизменной, если мир быстро теряет атмосферу. И, конечно же, все источники атмосферы конечны и ограничены.

Новая теория предполагает, что некоторые типы миров могут быть обитаемыми при гораздо меньших массах, чем считалось ранее. Эти миры могли сохранять атмосферу в течение длительных периодов времени, что позволяло воде быть жидкой на их поверхности даже с массами до 0,027 массы Земли.

https://earthsky.org/space/small-rocky-exoplanets-can-still-be-habitable/

Тем не менее, это исследование охватывало только водные миры с малой массой, миры, полностью покрытые водой и с атмосферой из водяного пара. Очевидно, что в таких мирах будет много жидкой воды, чтобы заменить водяной пар, потерянный в космосе.

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab2bf2

Поскольку на вашей луне много поверхности земли, она не может быть водным миром, поэтому этот нижний предел массы не применяется.

В «Обитаемости экзолуны, ограниченной освещением и приливным нагревом» Рене Хеллер и Рой Барнс обсуждают факторы, влияющие на обитаемость экзолуны.

https://faculty.washington.edu/rkb9/publications/hb13.pdf

На странице 20 они обсуждают диапазон масс обитаемых миров, как лун, так и планет:

Минимальная масса экзолуны необходима для создания магнитного щита в масштабе миллиарда лет (MsT0.1M4; Tachinami et al., 2011); поддерживать плотную, долгоживущую атмосферу (MsT0.12M4; Williams et al., 1997; Kaltenegger, 2000); и для управления тектонической активностью (MsT0.23M4; Williams et al., 1997), которая необходима для поддержания тектоники плит и поддержания углеродно-силикатного цикла. Слабые внутренние динамо были обнаружены на Меркурии и Ганимеде (Gurnett et al., 1996; Kivelson et al., 1996), предполагая, что массы спутников > 0,25M4 будут достаточными для рассмотрения возможности обитаемости экзолуны. Однако этот нижний предел не является фиксированным числом. Дополнительные источники энергии, такие как радиогенный и приливный нагрев, а также влияние состава и структуры Луны, могут изменить предел в любом направлении. Верхний предел массы определяется тем фактом, что увеличение массы приводит к высокому давлению внутри планеты, что увеличивает вязкость мантии и снижает теплопередачу как в мантии, так и в ядре. Выше критической массы динамо сильно подавляется и становится слишком слабым, чтобы генерировать магнитное поле или поддерживать тектонику плит. Эту максимальную массу можно отнести к 2M4 (Gaidos et al., 2010; Noack and Breuer, 2011; Stamenkovic´ et al., 2011). Подводя итог этим условиям, мы ожидаем, что спутники с массой около Земли будут пригодны для жизни, и эти объекты могут быть обнаружены с помощью недавно начатого проекта «Охота за экзолунами с Кеплером» (HEK) (Kipping et al., 2012). что повысит вязкость мантии и понизит теплообмен как в мантии, так и в ядре. Выше критической массы динамо сильно подавляется и становится слишком слабым, чтобы генерировать магнитное поле или поддерживать тектонику плит. Эту максимальную массу можно отнести к 2M4 (Gaidos et al., 2010; Noack and Breuer, 2011; Stamenkovic´ et al., 2011). Подводя итог этим условиям, мы ожидаем, что спутники с массой около Земли будут пригодны для жизни, и эти объекты могут быть обнаружены с помощью недавно начатого проекта «Охота за экзолунами с Кеплером» (HEK) (Kipping et al., 2012). что повысит вязкость мантии и понизит теплообмен как в мантии, так и в ядре. Выше критической массы динамо сильно подавляется и становится слишком слабым, чтобы генерировать магнитное поле или поддерживать тектонику плит. Эту максимальную массу можно отнести к 2M4 (Gaidos et al., 2010; Noack and Breuer, 2011; Stamenkovic´ et al., 2011). Подводя итог этим условиям, мы ожидаем, что спутники с массой около Земли будут пригодны для жизни, и эти объекты могут быть обнаружены с помощью недавно начатого проекта «Охота за экзолунами с Кеплером» (HEK) (Kipping et al., 2012).

Их источник для 0,1 массы Земли, являющейся минимальной массой для мира, чтобы иметь магнитосферу:

Тачинами, К., Сеншу, Х., и Ида, С. (2011) Тепловая эволюция и время жизни собственных магнитных полей суперземли в обитаемых зонах. Astrophys J 726, doi: 10.1088/0004-637X/726/2/70.

Их источник для 0,12 массы Земли, являющейся минимальной массой для мира, чтобы иметь долгоживущую атмосферу:

Уильямс, Д.М., Кастинг, Дж.Ф. и Уэйд, Р.А. (1997) Обитаемые луны вокруг внесолнечных гигантских планет. Природа 385: 234–236.

и:

Калтенеггер, Л. (2000) Что нужно луне для поддержания жизни? В материалах Четвертой международной конференции по исследованию и использованию Луны: ICEUM 4, ESA SP-462, под редакцией Б. Х. Фоинга и М. Перри, Европейское космическое агентство, ESTEC, Нордвейк, Нидерланды, стр. 199–201.

Их источник для 0,23 массы Земли, являющейся минимальной массой, необходимой для тектоники плит и углеродно-силикатного цикла:

Уильямс, Д.М., Кастинг, Дж.Ф. и Уэйд, Р.А. (1997) Обитаемые луны вокруг внесолнечных гигантских планет. Природа 385: 234–236

Поскольку вы хотите, чтобы на вашей Луне была естественная атмосфера и тектоника плит, 0,12 массы Земли и 0,23 массы Земли являются нижними пределами согласно этим исследованиям.

Земля имеет средний радиус 6,371,0 км и одну массу Земли. У него поверхностная гравитация 1 г, скорость убегания 11,186 километров в секунду и общая плотность 5,512 грамма на кубический сантиметр (г/см3).

Вы хотите, чтобы ваша Луна была немного меньше, чем Луна Земли.

Луна имеет средний радиус 1737,4 км, массу 0,123 массы Земли, поверхностную гравитацию 0,1654 г, скорость убегания 2,38 км/с (0,2127 земной) и общую плотность 3,344 г/см3.

Поскольку средний радиус Луны составляет около 0,2727044 радиуса Земли, Луна имеет около 0,202803 объема Земли.

Чтобы ваш мир размером с Луну сохранил долгоживущую атмосферу, ему потребуется как минимум 0,12 массы Земли. Это дает ему плотность, по крайней мере, в 5,9170722 раза больше, чем у Земли, и, следовательно, 32,26736 г/см3.

Чтобы в вашем мире размером с Луну была тектоника плит, ему потребуется как минимум 0,23 массы Земли. Это дало бы ему плотность по крайней мере в 11,3441055 раз больше, чем у Земли, и, таким образом, по крайней мере 62,534577 г/см3.

Самым плотным распространенным элементом во Вселенной является железо с массой 7,874 г/см3. Очень редкий элемент иридий имеет плотность 22,56 г/см3. Не менее редкий и очень токсичный элемент осмий является самым плотным встречающимся в природе элементом с плотностью 22,59 г/см3.

Материя в ядре планеты будет сжата до более высокой плотности, чем на поверхности. Но, конечно, у маленького мира размером с земную Луну не было бы достаточно массы, чтобы сильно сжать его материю.

Возможно, вы сможете придать своему миру немного меньшую массу, если он достаточно плотный, чтобы иметь достаточно высокую поверхностную гравитацию.

Температура в экзосфере Земли составляет от 1000 К до 2000 К. Согласно Доулу на стр. 54, если бы планета с температурой поверхности, подобной Земле, имела максимальную температуру экзосферы 1000, она имела бы среднеквадратичную скорость кислорода в экзосфере 1,25 км/с, и ему потребуется скорость убегания в 5 раз больше, 6,25 км/с, чтобы сохранить большую часть атмосферы примерно на 100 миллионов лет. И если бы у мира была скорость убегания 6, умноженная на 1,25 км/с, или 7,5 км/с, он мог бы сохранять свою атмосферу бесконечно долго. Но если в вашем мире температура экзосферы достигает 2000 К, ему потребуется скорость убегания на несколько км/с выше. Допустим, 9,5 км/с.

Таким образом, вашему миру может понадобиться достаточная масса в объеме земной Луны, чтобы иметь скорость убегания от 6,25 до 9,5 км/с.

Используя этот калькулятор скорости убегания http://calctool.org/CALC/phys/astronomy/escape_velocity , я обнаружил, что мир с радиусом Луны и массой 0,085 массы Земли будет иметь скорость убегания 6,24590 км/с. Его плотность в 4,1912 раз больше плотности Земли, или около 23,110604 г/см3.

Мир с радиусом Луны и массой Земли в 0,197 будет иметь скорость убегания 9,50864 км/с. Его плотность была бы в 9,7138 раз больше земной, или 53,562225 г/см3.

Таким образом, использование скорости убегания ниже, чем у Земли, но достаточно высокой, чтобы удерживать атмосферу в течение некоторого времени, может немного уменьшить проблему плотности.

Я отмечаю, что если небольшой мир достаточно плотен, чтобы иметь достаточно высокую скорость убегания, он может быть слишком плотным, чтобы иметь желаемую тектонику плит. Рене и Хеллер предполагают, что максимальная масса обитаемого мира может быть примерно в 2 раза больше массы Земли в приведенном выше абзаце:

. Выше критической массы динамо сильно подавляется и становится слишком слабым, чтобы генерировать магнитное поле или поддерживать тектонику плит. Эту максимальную массу можно отнести к 2M4 (Gaidos et al., 2010; Noack and Breuer, 2011; Stamenkovic´ et al., 2011).

И, очевидно, экстремальная плотность в мире также увеличила бы давление и, следовательно, вязкость и, таким образом, уменьшила бы циркуляцию.

Поэтому, если вы хотите, чтобы ваша Луна естественным образом имела плотную атмосферу и тектоническую палитру, она должна иметь массу по крайней мере в 0,25 раза больше массы Земли и, следовательно, как минимум вдвое больше массы Марса, который в 0,107 раза больше массы Земли.

В противном случае вам, вероятно, следует сделать свою луну, меньшую, чем Луна, искусственно пригодной для жизни из-за масштабного терраформирующего проекта какой-то продвинутой группы существ. И вполне вероятно, что вам пришлось бы снабдить свою маленькую луну крышей из материи или силовых полей, чтобы удерживать атмосферу внутри.

Часть вторая: Плотная атмосфера

у него плотная атмосфера. настолько, что плавающие водоросли процветают на ветру.

Я уже обсуждал, что может быть необходимо для того, чтобы ваша луна могла сохранять достаточно плотную атмосферу в течение длительных периодов времени. Конечно, ни один мир не может сохранить атмосферу, если в нем нет атмосферы, созданной естественным или искусственным путем.

Какая толщина атмосферы необходима для того, чтобы водоросли могли плавать на ветру?

Тритон, самый большой спутник Нептуна, имеет очень тонкую атмосферу, составляющую примерно 1/70 000 плотности земной атмосферы, несмотря на то, что его масса составляет всего 0,00359 массы Земли, а скорость убегания составляет всего 1,455 км/с. Это связано с чрезвычайно низкими температурами в его экзосфере. Если вы хотите, чтобы ваши плавающие бактерии использовали жидкий метан или что-то в этом роде вместо воды, я полагаю, что ваш мир может быть таким же маленьким и таким же холодным, как Тритон.

Полосы на поверхности Тритона, оставленные шлейфами гейзеров, позволяют предположить, что тропосфера управляется сезонными ветрами, способными перемещать материал размером более микрометра.

Я не уверен, насколько этот материал на Тритоне соотносится с размером и массой ваших плавающих водорослей.

Марс имеет массу 0,107 массы Земли, скорость убегания 5,027 км/с и тонкую атмосферу, намного более плотную, чем у Тритона, но только примерно до 0,006 земной массы.

Атмосфера Марса состоит примерно из 96 % углекислого газа, 1,93 % аргона и 1,89 % азота, а также следов кислорода и воды.[1][165] Атмосфера довольно запыленная и содержит частицы диаметром около 1,5 мкм, которые придают марсианскому небу желтовато-коричневый цвет, если смотреть с поверхности.[166] Он может приобретать розовый оттенок из-за взвешенных в нем частиц оксида железа.[18]

https://en.wikipedia.org/wiki/Марс#Атмосфера

На Марсе происходят самые большие пыльные бури в Солнечной системе, скорость которых достигает более 160 км/ч (100 миль в час). Они могут варьироваться от бури над небольшой территорией до гигантских бурь, охвативших всю планету. Они, как правило, происходят, когда Марс находится ближе всего к Солнцу, и было показано, что они повышают глобальную температуру.

https://en.wikipedia.org/wiki/Марс#Климат

Титан, самый большой спутник Сатурна, имеет массу всего 0,0225 массы Земли и скорость убегания всего 2,639 км/с, что всего в 1,1 раза больше, чем у Луны. Но, чему, несомненно, способствовали очень низкие температуры и скорости газа, у него титаническая атмосфера по сравнению с атмосферой Тритона, Марса или даже Земли.

Если бы ваши водоросли могли использовать жидкий метан или какую-то другую сверххолодную жидкость вместо воды, они могли бы плавать в атмосфере такого маленького мира, как Титан.

Наблюдения с космических аппаратов "Вояджер" показали, что атмосфера Титана плотнее земной, а давление на поверхности около 1,45 атм. Он также примерно в 1,19 раза массивнее Земли в целом [44] или примерно в 7,3 раза массивнее на единицу площади поверхности.

https://en.wikipedia.org/wiki/Титан_(луна)#Атмосфера

Я ничего не читал о ветрах или переносимых ветром объектах на Титане.

На Земле ветры достаточно сильны, чтобы разносить множество семян и спор различных организмов.

Волосы ангела или кремнистый хлопок - это липкое волокнистое вещество, о котором сообщают в связи с наблюдениями НЛО или проявлениями Девы Марии. 1 Его описывают как паутину или желе. 3 5

Он назван в честь своего сходства с тонкими волосами или паутиной, а в некоторых случаях было обнаружено, что это вещество представляет собой нити паутины мигрирующих пауков. В сообщениях о волосах ангела говорится, что они распадаются или испаряются в течение короткого времени после формирования. 3 7

https://en.wikipedia.org/wiki/Angel_hair_(фольклор)

Известно, что некоторые виды пауков мигрируют по воздуху, иногда в больших количествах, на паутинных планерах. 2 Было обнаружено, что во многих случаях волосы ангела представляют собой эти паутинные нити, а в одном случае на материале были обнаружены маленькие пауки. 8 Пауки Linyphiidae часто вызывают дожди из паутинных нитей в Англии и Северном полушарии.[14] В Австралии и Новой Зеландии часты случаи заболевания, вызванные несколькими местными видами пауков и некоторыми интродуцированными видами Linyphiidae.

https://en.wikipedia.org/wiki/Angel_hair_(folklore)#Published_explanations

Итак, вы узнаете, как вес этих пауков соотносится с весом водорослей.

И, конечно же, эти пауки не проводят всю свою жизнь в воздухе, как вы, вероятно, хотите, чтобы ваши алааэ. Возможно, водоросли будут иметь мешочки, содержащие газ легче воздуха, чтобы сделать их тела в целом легче воздуха, чтобы они могли плавать.

Одним из способов, которым очень маленький мир мог бы иметь фолиирующие водоросли, был бы мир, покрытый льдом глубиной в несколько километров, с глобальным океаном жидкой воды подо льдом. В нашей Солнечной системе есть несколько таких миров, и предполагается, что в других есть подземные океаны.

Самый маленький такой мир в нашей Солнечной системе с известным глобальным подповерхностным океаном — это Энцелад, спутник Сатурна, который имеет средний радиус 252,1 км, что составляет около 0,1451 радиуса Луны и, таким образом, около 0,0027 объема Луны. Если жизнь может существовать в подповерхностных океанах таких маленьких миров, то в подповерхностном океане вашей луны могут плавать водоросли, и люди могут столкнуться с ними и другими формами жизни, исследуя этот океан на подводных лодках.

Часть третья: без приливной блокировки

Луна не слишком близко к своей планете и не слишком далеко. так что луна не заперта приливом

Луна может иметь три условия относительно приливной блокировки.

1. Приливно заперты по отношению к звезде, но не к планете.

2. Приливно заперты по отношению к планете, но не к звезде

3. Не приливно привязаны ни к планете, ни к звезде.

Четвертая категория была бы привязана к обоим, но мне это кажется совершенно невозможным.

Планета, вращающаяся вокруг тусклой звезды, будет находиться глубоко в ее гравитационном колодце и, вероятно, будет привязана к звезде приливами, что может сделать ее непригодной для жизни. Одна из причин, по которой ученых интересует потенциальная обитаемость экзолуны, заключается в том, что силы, создающие приливную фиксацию луны к ее планете, будут сильнее, чем силы, обеспечивающие приливную фиксацию луны к ее звезде. Таким образом, любая экзолуна размером с планету и потенциально обитаемая экзолуна в обитаемой зоне звезды, даже очень тусклый (и очень распространенный) красный карлик, будет приливно привязана к планете, а не к звезде, и, таким образом, у нее будет чередование дня и ночи, а не вечный день с одной стороны и внешняя ночь с другой.

Таким образом, условие 1, быть привязанным к звезде, а не к планете, кажется невозможным. Это оставляет только возможные условия, что Луна будет приливно привязана к планете, или что она вообще не будет приливно привязана.

Многие спутники планет-гигантов в нашей Солнечной системе связаны приливами со своими планетами. Например, в спутниковой системе Сатурна все спутники Титана приливно связаны с Сатурном. Япет, вращающийся вокруг Титана, также привязан к Сатурну.

Но Гиперион, вращающийся между орбитами Титана и Япета, не связан приливами с Сатурном. Гиперион классифицируется как обычная луна, и все луны в Солнечной системе, которые когда-либо предлагались в качестве потенциальных обитателей жизни, классифицируются как обычные спутники, за исключением Тритона, неправильной луны, которая считается захваченной карликовой планетой. Таким образом, ваша обитаемая луна должна быть обычной луной или же редкой и необычной неправильной луной, которая, подобно Тритону, по крайней мере такого же размера, как и самые маленькие правильные луны.

Изображения «Вояджера-2» и последующая наземная фотометрия показали, что вращение Гипериона хаотично, то есть его ось вращения колеблется настолько, что его ориентация в пространстве непредсказуема. Его ляпуновское время составляет около 30 дней.[21][22][23] Гиперион вместе со спутниками Плутона Никс и Гидрой[24][25] входят в число немногих спутников Солнечной системы, которые, как известно, вращаются хаотично, хотя ожидается, что это обычное явление для двойных астероидов.[26] Это также единственный регулярный естественный спутник планеты в Солнечной системе, который, как известно, не заблокирован приливами.

Гиперион уникален среди больших спутников тем, что имеет очень неправильную форму, имеет довольно эксцентричную орбиту и находится рядом с гораздо более крупным спутником Титаном. Сочетание этих факторов ограничивает набор условий, при которых возможно стабильное вращение. Орбитальный резонанс 3:4 между Титаном и Гиперионом также может сделать хаотическое вращение более вероятным. Тот факт, что его вращение не заблокировано, вероятно, объясняет относительную однородность поверхности Гипериона, в отличие от многих других спутников Сатурна, которые имеют противоположные заднее и ведущее полушария.

Таким образом, ваша луна может быть достаточно близко к вашей планете, чтобы быть обычной луной, и достаточно близко, чтобы быть приливно-приливной связью с планетой, не будучи приливно-приливной, если какой-то фактор не позволит ей стать приливно-приливной привязкой к планете.

Если на вашей Луне есть жизнь, она должна быть достаточно большой, чтобы иметь форму сфероида или эллипсоида, закругленного под действием силы тяжести, но она не должна быть идеальной сферой. Так что у него не будет такой неправильной формы, как у Гипериона. Но у него может быть другой фактор, связанный с тем, что он вращается близко к орбите другой большой луны и, таким образом, имеет сильные приливные силы от этой Луны.

В любом случае, я думаю, что это все на сегодня. Я продолжу позже, и, надеюсь, с более коротким освещением каждого пункта.

Продолжение 25-02-2022

Как оказалось, масса Гипериона составляет примерно 5,6199×10 кг в 18-й степени, а масса Титана — примерно 1,3452×10 кг в 23-й степени, что должно быть примерно в 20 000 раз больше массы Гипериона.

Если ваша луна достаточно массивна, чтобы на ней можно было жить, а другая луна, которая удерживает ее от приливной блокировки, должна быть примерно в 20 000 раз массивнее, эта другая луна будет такой же массивной, как сама газовая планета-гигант, и, таким образом, ваша луна будет вращаться вокруг планета двойной газовый гигант.

Но, к счастью, ученые, кажется, не думают, что другая луна должна быть намного массивнее. Согласно «Обитаемость экзолуны ограничена освещением и приливным нагревом» Хеллер и Барнс, 2013 г., стр. 20:

https://faculty.washington.edu/rkb9/publications/hb13.pdf

Поскольку период вращения спутника также зависит от его орбитального эксцентриситета вокруг планеты и поскольку гравитационное сопротивление следующих спутников или близкой родительской звезды может увеличить эксцентриситет спутника (Cassidy et al., 2009; Porter and Grundy, 2011), экзолуны могут вращаться даже быстрее, чем их орбитальный период.

Учитывая, насколько массивной должна быть экзолуна, чтобы считаться потенциально обитаемой, вероятность того, что другая луна, вращающаяся вокруг той же планеты, будет во много раз более массивной, по-прежнему кажется чрезвычайно низкой, поэтому, если другая луна должна быть во много раз массивнее в качестве обитаемой, нет смысла обсуждать такие редкие ситуации, когда обитаемая луна вращается быстрее, чем ее орбитальный период.

И вы можете проверить, что:

Кэссиди, Т.А., Мендес, Р., Аррас, П., Джонсон, Р.Э., и Скрутски, М.Ф. (2009) Массивные спутники близких газовых гигантов-экзопланет. Астрофис J 704: 1341–1348.

и:

Портер, С.Б. и Гранди, В.М. (2011) Эволюция потенциально пригодных для жизни экзолун после захвата. Астрофис J 736:L14.

должны сказать об относительных массах задействованных экзолун.

Столкновения с другими крупными астрономическими объектами могут изменить скорость вращения астрономических объектов. Таким образом, скорость вращения вашей луны могла быть ускорена такими случайными столкновениями.

Период обращения Гипериона вокруг Сатурна составляет 21,276 земных суток. Если бы Гиперион был приливно привязан к Сатурну, период его звездного вращения относительно звезд также составил бы 21,276 дня. Период синодического вращения Гипериона составляет около 13 дней.

https://en.wikipedia.org/wiki/Гиперион_(луна)#cite_note-11

Думаю, имеется в виду синодический период Гипериона по отношению к Солнцу, а не к Сатурну. Таким образом, период чередования света и тьмы на Гиперионе будет составлять около 13 дней и, таким образом, примерно в 0,611 раза больше его орбитального периода.

Если бы у вашей экзолуны был световой/темный цикл или синодический период, который был бы длиннее, чем ее орбитальный период, еще одна возможность для луны, не связанной приливами, дневной цикл должен был бы быть достаточно коротким, чтобы луна была пригодна для жизни. Днем не может быть слишком жарко, а темной ночью слишком жарко, чтобы жизнь могла выжить. И, в свою очередь, период обращения Луны был бы короче. Таким образом, Луна должна была бы вращаться ближе к планете, чем луна, смотрящая на приливы на расстоянии, где ее день был бы максимальной продолжительностью.

Если у вашей экзолуны синодический период и цикл свет/темнота короче, чем ее орбитальный период, она должна будет вращаться намного ближе к планете, чем приливно-запертая луна с циклом свет/темнота той же длины.

В книге «Планеты, пригодные для жизни человека» , 1964 г., страницы с 58 по 61, Стивен Х. Доул обсуждает диапазон периодов вращения планет, пригодных для жизни людей, но не смог рассчитать очень точный верхний предел. На странице 60 он пишет:

Трудно сказать, какие крайности скорости вращения совместимы с обитаемостью. Эти крайности, однако, могут быть оценены, скажем, в 96 часов (4 земных дня) за оборот на нижнем конце посадочного места и от 2 до 3 часов на оборот на верхнем конце, или при угловых скоростях, при которых форма становится неустойчивой. из-за высокой скорости вращения. Если вы принимаете оценки Доула о том, что обитаемый мир должен иметь период вращения между 2 или 3 часами, и если ваша экзолуна заблокирована приливами, и если вы знаете массу своей экзопланеты, вы можете рассчитать орбитальные расстояния, на которых ваша экзолуна будет периоды вращения в диапазоне от 2 или 3 часов до 96 часов.

«Обитаемость экзолуны ограничена освещением и приливным нагревом» Хеллер и Барнс, 2013 г., стр. 20:

https://faculty.washington.edu/rkb9/publications/hb13.pdf

Упоминает возможную продолжительность дня экзолуны, заблокированной приливом:

Синхронизированные периоды вращения предполагаемых экзолун земной массы вокруг планет-гигантов могут находиться в том же диапазоне, что и периоды обращения галилеевых спутников вокруг Юпитера (1,7–16,7 дня) и период обращения Титана вокруг Сатурна (&16 дней) (планетарный спутник НАСА/Лаборатории реактивного движения). эфемериды)4

Таким образом, Хеллер и Барнс, по-видимому, считают, что продолжительность дня от 1,6 до 16,7 земных суток достаточно подходит для обитаемости, по крайней мере, в этом абзаце.

Если вы решите, что экзомон с днем ​​между 1,0 и 16,7 или 17,0 земных дней может быть пригодным для жизни, если другие факторы благоприятствуют обитаемости, и если вы будете знать массу своей планеты-гиганта, и если ваша луна будет заблокирована приливом, вы сможете вычислить внутренний диапазон расстояний, на которых Луна должна была бы двигаться по орбите.

Но, конечно, вы не хотите, чтобы ваша луна была заблокирована приливами. Продолжение следует в другом ответе.

Продолжение моего предыдущего ответа:

Часть четвертая: тектонически активные и замкнутые океаны

Согласно современной научной теории, мир может быть тектонически активным, если его масса находится в довольно широком диапазоне.

Возвращаясь к Хеллеру и Барнсу, 2013 г., на странице 20 они обсуждают массу миниума:

...; и стимулировать тектоническую активность (MsT0.23M4; Williams et al., 1997), которая необходима для поддержания тектоники плит и поддержания углеродно-силикатного цикла...

И максимальная масса:

...Верхний предел массы определяется тем фактом, что увеличение массы приводит к высокому давлению внутри планеты, что увеличивает вязкость мантии и снижает теплопередачу как в мантии, так и в ядре. Выше критической массы динамо сильно подавляется и становится слишком слабым, чтобы генерировать магнитное поле или поддерживать тектонику плит. Эту максимальную массу можно отнести к 2M4 (Gaidos et al., 2010; Noack and Breuer, 2011; Stamenkovic´ et al., 2011).

https://faculty.washington.edu/rkb9/publications/hb13.pdf

Таким образом, согласно этим расчетам, любой мир с массой от 0,23 до примерно 2,0 массы Земли мог бы иметь внутреннее динамо, приводящее в движение тектонику платформ.

Считается, что наличие больших жидких областей в ядре и быстрое вращение могут увеличить вероятность того, что планета будет иметь внутреннее динамо. Это одна из причин вашего желания сделать период вращения вашей луны короче, а не длиннее.

Венера имеет сидерический период вращения 243,0226 земных суток и массу 0,815 Земли.

Как и у Земли, ядро ​​Венеры, скорее всего, хотя бы частично жидкое, потому что две планеты охлаждаются примерно с одинаковой скоростью,[107] хотя нельзя исключать полностью твердое ядро.[108] Немного меньший размер Венеры означает, что давление в ее недрах на 24% ниже, чем на Земле.

Принципиальное различие между двумя планетами заключается в отсутствии доказательств тектоники плит на Венере, возможно, потому, что ее кора слишком прочна, чтобы ее можно было субдуцировать без воды, чтобы сделать ее менее вязкой. Это приводит к уменьшению потерь тепла планетой, предотвращая ее охлаждение и обеспечивая вероятное объяснение отсутствия у нее внутреннего магнитного поля.[111] Вместо этого Венера может терять свое внутреннее тепло в периодическом крупном всплытии[83].

Отсутствие собственного магнитного поля на Венере было удивительным, учитывая, что она похожа на Землю по размеру и, как ожидается, также будет содержать динамо в своем ядре. Для динамо требуется три вещи: проводящая жидкость, вращение и конвекция. Ядро считается электропроводным, и, хотя его вращение часто считается слишком медленным, моделирование показывает, что его достаточно для создания динамо-машины. Это означает, что динамо отсутствует из-за отсутствия конвекции в ядре Венеры. На Земле конвекция происходит в жидком внешнем слое ядра, потому что нижняя часть жидкого слоя имеет гораздо более высокую температуру, чем верхняя. На Венере глобальное обновление поверхности могло остановить тектонику плит и привести к уменьшению потока тепла через земную кору. Этот изолирующий эффект приведет к повышению температуры мантии, тем самым уменьшая тепловой поток из активной зоны. В результате внутреннее геодинамо не может управлять магнитным полем. Вместо этого тепло от ядра повторно нагревает кору.[116]

https://en.wikipedia.org/wiki/Венера#Magnetic_field_and_core

Таким образом, даже у планеты или спутника подходящего размера может отсутствовать внутреннее динамо и тектоника плит из-за различных факторов, которые еще недостаточно изучены. Таким образом, писатель-фантаст, который хочет, чтобы на его планете была тектоника плит, должен просто надеяться, что будущие открытия не покажут, что некоторые аспекты его планеты несовместимы с тектоникой плит.

Я не уверен в:

так что моря на этой планете напоминают соединенные мега-озера.

имеющие какое-либо отношение к тектонике плит.

Насколько часто все океаны вашей луны будут окружены сушей, будет зависеть от того, сколько воды на вашей луне по сравнению с Землей. Если вода слишком похожа на поверхностную, жизнь там может не процветать. Будут ли все океаны окружены сушей в любой момент времени, будет зависеть от того, как тектоника плит перемещает континенты по земному шару и делают ли они континенты круглыми или длинными и тонкими.

И хотя для крупной реконфигурации континентов требуются десятки или сотни миллионов лет, колебания процентного содержания воды, связанной ледниками, могут повышать и понижать уровень моря на протяжении тысячелетий, что может привести к различиям между отдельными океанами, окруженными всемирная суша и один мировой океан, окружающий отдельные континенты.

Таким образом, вполне возможно, что на вашей Луне есть отдельные океаны, окруженные одним мировым массивом суши, хотя это будет меняться постепенно в течение десятков и сотен миллионов лет, а также может меняться гораздо быстрее в течение тысяч и десятков тысяч лет. .

Часть пятая: длина орбиты

он вращается вокруг своей планеты за 4 десятилетия. поэтому у луны есть годы долгих сезонов. Лунная жизнь приспособилась к этому.

Продолжительность сезонов зависит от длины орбиты планеты вокруг звезды. Если планета имеет какой-либо осевой наклон, то иногда одно полушарие будет наклонено к звезде и будет получать больше звездного света и быть более горячим, а другое полушарие будет отклоняться от звезды и получать меньше излучения и быть более холодным. А через полпланетарной орбиты времена года в двух полушариях поменяются местами.

Если планета не имеет осевого наклона, времена года будут вызваны эксцентриситетом эллиптической орбиты планеты. На всей планете будет лето, когда планета будет ближе всего к звезде, и зима на всей планете, когда планета будет дальше всего от звезды. Зима продлится дольше, чем лето, так как планета будет расцветать по мере удаления от звезды.

Ваша большая экзолуна почти наверняка разделит наклон оси планеты и почти наверняка будет вращаться вокруг планеты в экваториальной плоскости планеты. Таким образом, он будет разделять сезоны планеты, а продолжительность планетарного года будет определять продолжительность лунных сезонов.

Чтобы на Луне было 4 астрономических сезона одинаковой продолжительности, каждый из которых длится ровно 1 земной год, планета должна иметь период обращения, равный 4 земным годам. Чтобы на Луне было время года продолжительностью 1,5 земных года, у планеты должен быть орбитальный период продолжительностью 6 земных лет. Чтобы на планете были времена года продолжительностью 2 земных года, планета должна иметь орбитальный период продолжительностью 8 земных лет и так далее.

Если планете потребовались миллиарды лет, чтобы естественным образом создать пригодную для дыхания кислородную атмосферу, звезда в системе должна быть не более массивной, чем звезда класса F2V или звезда класса F0V.

Звезда спектрального класса F2V имеет примерно в 1,46 раза большую массу Солнца и примерно в 5,13 раза большую светимость Солнца. Звезда спектрального класса F0V примерно в 1,61 раза больше массы Солнца и примерно в 7,24 раза больше солнечной светимости.

https://en.wikipedia.org/wiki/F-type_main-sequence_star

Если бы вы увеличили светимость Солнца в 4 раза, EED (расстояние, эквивалентное Земле), при котором планета получит столько же радиации, сколько Земля получает от Солнца, будет в 2 раза больше расстояния Земли от Солнца и, таким образом, 2 а.е. Это потому, что получаемое освещение уменьшается пропорционально квадрату расстояния.

Таким образом, EED звезды F2V будет около 2,2659 а.е., а EED звезды F0V будет около 2,6907 а.е.

Планета, вращающаяся на MED (марсианском эквивалентном расстоянии), будет получать столько же радиации, сколько Марс получает от Солнца, и поэтому может быть достаточно теплой, чтобы на ней можно было жить. Марс вращается вокруг Солнца на расстоянии 1,523 а.е., поэтому MED звезды F2V должно быть около 3,4509 а.е., а MED звезды F0V должно быть около 4,0979 а.е.

Согласно этому калькулятору орбитального периода:

http://www.calctool.org/CALC/phys/astronomy/planet_orbit

Планета в EED звезды F2V будет иметь период обращения 2,82235 земных года, а планета в MEd будет иметь период 5,30454 земных года. Планета в EED звезды F0V будет иметь период 3,47785 земных лет, а планета в MED будет иметь период 6,53664 земных года.

Таким образом, год продолжительностью около 6,53 земных года и время года продолжительностью 1,6325 земного года — это самый долгий срок, на который вы можете рассчитывать на естественно обитаемой луне, вращающейся вокруг одной звезды.

Что, если вы поместите планету и Луну на орбиту вокруг двух звезд класса F0V? При удвоенной светимости двух таких звезд EED и MED будут в 1,414 раза дальше, на 3,8046 и 5,7944 а.е. При вдвое большей звездной массе, чем 1 звезда F0V, период обращения на 3,8046 а.е. будет 4,13486 земных лет, а на 5,7944 а.е. - 5,7944 земных года.

Предположим, что ваша планета и луна вращаются вокруг четверной звезды F0V, а две близкие пары вращаются вокруг Земли. При 4-кратном увеличении светимости ED и MED будут вдвое дальше, на 4,5318 и 5,3814 а.е. Орбитальные периоды составят 3,80092 и 4,91842 земных года.

Таким образом, добавление в систему массы и светимости увеличивающегося числа отдельных звезд начнет уменьшать продолжительность лет, а не увеличивать их.

Другой способ обойти это для пригодной для жизни экзолуны — заставить ее и планету вращаться за пределами обитаемой зоны звезды и, таким образом, получать недостаточное звездное излучение, чтобы быть пригодной для жизни. Луна могла бы компенсировать недостающее тепло от звезды, вращаясь близко к планете и в результате получая много приливного нагрева.

Так что, возможно, этот процесс может увеличить возможную продолжительность года в 10 или 20 раз, по крайней мере, до тех пор, пока свет от звезды (звезд) не станет недостаточным для выживания растений.

И если экзолуна непригодна для жизни естественным образом, но вращается вокруг звезды, слишком молодой, чтобы на ней могли существовать естественно обитаемые миры, возможно, она была терраформирована, чтобы быть обитаемой, развитой цивилизацией.

Звезда спектрального класса A0V будет иметь массу в 2,18 раза больше солнечной и светимость в 38,02 раза больше.

https://en.wikipedia.org/wiki/A-type_main-sequence_star

Квадратный корень из 38,02 равен 6,1660, поэтому EED звезды A0V составляет 6,1660 а.е., а MED — 9,390 а.е. Орбитальные периоды составят 10,3531 и 19,4848 земных года.

Звезда B5V имеет массу 4,70 Солнца и светимость 589 Солнц.

https://en.wikipedia.org/wiki/B-type_main-sequence_star

Квадратный корень из 589 равен 24,2693 , поэтому EED будет 24,2693 а.е., а MED будет 36,962 а.е., что дает 55,1395 и 103,623 земных года.

Я мог бы продолжить, но более массивные и яркие звезды излучают все большее и большее количество сверхсильного ультрафиолетового света, и некоторые астробиологи опасаются, что звезды спектрального класса F, не говоря уже о звездах A и B, могут излучать слишком много, чтобы быть пригодными для жизни.

И я продолжу позже.