Проверка реальности: обитаемая луна вокруг похожей на Землю планеты

Для сложного сценария построения мира я хочу, чтобы обитаемая луна вращалась вокруг пригодной для жизни планеты, похожей на Землю. Пригодная для жизни луна должна учитывать флору, фауну и ландшафт, максимально похожие на земные. То же самое относится и к обитаемой землеподобной планете, вокруг которой он вращается.

Я проверил различные темы, связанные с обитаемыми лунами:

Основываясь на том, что я там прочитал, особенно на ответе Jim2B здесь , я создал следующую луну с помощью этого калькулятора :

  • масса: 0,33 массы Земли (примерно в 3 раза больше массы Марса)
  • плотность: 1,3 плотности Земли (потому что я хочу более высокую поверхностную гравитацию)
  • радиус: 0,6332 массы Земли (рассчитывается приложением с использованием массы и плотности как заданных)

Это все рассчитывает программа:

  • Диаметр = 8070 км
  • Плотность = 7,176 г/см³
  • Площадь поверхности = 204,5 млн кв. км.
  • Предел Роша = 1000 км (ближайший возможный естественный спутник)
  • Поверхностная гравитация = 0,83 Гс
  • Геосинхронное орбитальное расстояние = 24820 км или миль (от поверхности планеты).
  • Геосинхронная орбитальная скорость = 2,13 км/с или миль в секунду.

Максимальная температура поверхности* для удержания атмосферного компонента в течение миллиардов лет для каждого типа газа:

  • Углекислый газ? 2972 °С
  • Кислород? 2087°С
  • Гелий? 22 °С
  • Водород? -126 °С

Могла ли существовать такая луна? А если нет, то какие изменения потребуются, чтобы сделать возможной эту луну вокруг похожей на Землю планеты?

Пожалуйста, обратите особое внимание на следующие моменты:

  • Плотность Луны: мне нужно, чтобы она была как можно выше, чтобы сила тяжести на поверхности Луны была приблизительно равна 1 г. Поигравшись с калькулятором, я пришел к выводу, что плотность в 1,3 раза больше плотности земли, что дает силу тяжести на поверхности 0,83 g. Это означает плотность 7,176 г/см³. Достижима ли эта плотность при сохранении такого же элементного состава, как у Земли? Если нет, можно ли этого добиться, заменив часть железа более плотным элементом? Какими свойствами должен обладать такой элемент?
  • Атмосфера: Может ли эта луна поддерживать необходимую атмосферу, учитывая температуру поверхности?
  • Земноподобная планета, вокруг которой вращается Луна: эта планета имеет примерно такую ​​же массу и радиус, как Земля. Если для такой луны необходима большая масса и/или поверхность, это будет нормально, если плотность землеподобной планеты может быть ниже, чтобы удерживать поверхностную гравитацию указанной планеты на уровне 1 G.
  • Расстояния между планетой и Луной: Особых требований нет. Может быть что угодно, чтобы заставить эти отношения планета-луна работать.
  • Соотношение размеров между планетой и луной: по-видимому, из-за образования аккреционного диска такая большая луна по сравнению с планетой маловероятна, но возможно ли это? Может ли быть какое-либо другое научное объяснение того, что у планеты есть такая большая луна, например, «луна-изгой», захваченная планетой ( Тейя захвачена вместо столкновения), луна является обломком самой планеты или что-то еще? Это альтернативное объяснение может быть маловероятным, если оно вообще научно обосновано и возможно.
Это действительно хорошо изучено, и это реквизит для проверки других ответов на этом сайте. +1, надеюсь, вы найдете свой ответ.
Это выше моего понимания, но я бы предположил, что луна с плотностью, значительно отличающейся от плотности ее планеты-хозяина, вероятно, была захвачена целиком, а не выброшена из своего носителя в результате планетарного столкновения (как считается в случае с нашей луной). Удачи!
Есть одна вещь, которую, я думаю, вы упустили, а именно то, что Земля имеет атмосферу в немалой степени потому, что она защищена от солнечных ветров магнитным полем Земли. На Луне такого поля нет.
Имейте в виду, что эти значения температуры относятся к термосфере, а не к поверхности планеты. Термосфера Земли находится в диапазоне 2000C.
Не забудьте учесть большое количество тяжелых металлов, на которое указывает более высокая плотность.
Спасибо всем за комментарии и советы! @RobertHarvey Эта луна не должна быть заблокирована приливами и вращаться с расплавленным железным сердечником и, таким образом, создавать необходимое магнитное поле.
@LorenPechtel Именно из-за этого я боюсь, что температура в термосфере Луны будет немного выше для кислорода и определенно слишком высока для гелия и водорода, хотя последние два не так важны.
Вы хотите, чтобы эта система была стабильной в геологических временных масштабах?
@B.fox Да, это было бы идеально. Но он не должен быть стабильным навсегда. Всего на пару тысяч лет меньше, чем сегодня сосуществуют Земля и Луна (если предположить, что Солнечная система похожа по возрасту и развитию, чем наша). Наиболее важным моментом является то, что Террух (как Джон назвал планету, похожую на Землю) всегда будет сохранять стабильную орбиту, независимо от того, что происходит с луной/малой планетой. И последний должен, по крайней мере, находиться на достаточно стабильной орбите вокруг Терруха, чтобы быть видимым оттуда как луна вплоть до вышеупомянутого момента времени.

Ответы (3)

Это определенно в пределах возможного.

Сначала очень быстро, определив термины, чтобы упростить сравнение (я действительно ненавижу игру с местоимениями):
Земля: наша планета.
Луна: Наша луна.
Террух: Планета, вокруг которой вращается ваша луна (поскольку это определенно не Терра, понятно? Ладно, крепкая толпа.)
Лунух: Ваша луна (поскольку это... ладно, хорошо.)

Плотность: вам нужно, чтобы Lunuh имел среднюю плотность около 7,2 г/см3. Это работоспособно. Вот списокприблизительной плотности различных «слоев» Земли - коры, мантии и т. д. Для Лунух вам нужно, чтобы либо слои с более высокой плотностью были толще/больше (относительно говоря), либо сами плотности увеличивались. Увеличить плотность, вероятно, проще всего — например, внутреннее ядро ​​Земли представляет собой сплав железа и никеля, который примерно на 80% состоит из железа, но никель плотнее железа, поэтому увеличение количества никеля приведет к увеличению плотности. Вы также можете попробовать, например, уменьшить толщину мантии, но у меня недостаточно геологического опыта, чтобы знать, что произойдет, если вы попытаетесь это сделать. Но, с другой стороны, железо-никелевый сердечник создаст на Луну хорошее магнитное поле, что хорошо для обитаемости.

Атмосфера: Да, он определенно мог бы удерживать пригодную для дыхания атмосферу, если бы там были необходимые газы. Обратите внимание, что цифры приведены для максимальной температуры. Чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы и тем больше у них шансов улететь в космос. Поскольку на Луну не будет достигаться температура 2000 С (поскольку мы, знаете ли, не хотим плавиться, когда приезжаем), он определенно сможет удерживать кислородно-азотную атмосферу.

Планета: Терру может существовать без проблем. Его существование - его собственная проблема, если не считать того, что вокруг него вращается Луну. Есть побочные эффекты наличия такой большой луны, такие как значительно более сильные приливы и более яркие ночи, но это не проблемы существования.

Расстояния: хорошо, что у вас нет требований к расстоянию между Террухом и Лунухом, потому что эта луна должна быть немного дальше от Терруха, чем Луна от Земли. Вы указали, что Луну будет составлять 1/3 массы Марса, а это значит, что она будет примерно в девять раз больше массы Луны ( ссылка WA ). Чтобы получить такую ​​же гравитационную силу между Террухом и Лунухом, как между Землей и Луной, Луну должна быть в три раза дальше от Терруха, чем Луна от Земли. Подробнее об этом через секунду.

Соотношение размеров: как сказал @HenryTaylor в комментарии, скорее всего, он был захвачен, а не сформирован в результате ударного или аккреционного диска. Мое лучшее объяснение, основанное на взмахе руки, связано с тем, что Террух захватил Луну во время бурной ранней жизни Солнечной системы, но, учитывая, что формирование планет в целом все еще находится в области гипотез, я не могу сказать слишком много о научной строгости. обеспокоенный.

Так что все выглядит нормально. У нас могут быть большие луны, хотя в определенный момент мы должны спросить себя, действительно ли это просто две планеты, вращающиеся вокруг друг друга.

Основная проблема, которую я вижу, это проблема приливной блокировки. Луна приливно привязана к Земле, поэтому мы всегда видим только одну ее сторону. Если Луну окажется приливно-запертым с Террухом, могут возникнуть проблемы с обитаемостью. Помните, что расстояние от Терруха до Земли в три раза больше, чем от Луны до Земли, поэтому ее орбитальное расстояние (относительно планеты) в шесть раз больше, чем у Луны. Предполагая ту же орбитальную скорость (не уверен, насколько она должна измениться, чтобы сделать стабильную орбиту), это означает, что у нее будет шестимесячный цикл день-ночь (по земному времени). Это не совсем подходит для жизни, поэтому абсолютно не может быть заблокировано приливом. Но кроме этого, кажется, что это будет работать нормально.

Интересно, будет ли Террух также приливно заперт с Лунухом? Твои мысли? Это ближе к двойной планете, чем к стандартной планете и Луне, так что вполне вероятно, что оба тела будут вращаться вокруг общего барицентра, а не Луна вокруг Терру, как Луна вокруг Земли.
@a4android Вполне возможно. Очевидно, зависит от точной конфигурации, но я определенно вижу, как это происходит, как Плутон и Харон, сцепленные друг с другом и вращающиеся вокруг барицентра за пределами Плутона. Конечно, это привело бы ко всевозможным проблемам с обитаемостью (если они заблокированы приливом, у них будут очень долгие дни и ночи).
@JohnRobinson Спасибо за подробный ответ. Только одно мое уточнение: масса Луны составляет 1/3 массы Земли, то есть в три раза больше массы Марса. Возможно, я сформулировал это запутанно, поэтому я отредактировал эту часть, чтобы сделать ее более ясной. Есть ли способ избежать приливной блокировки и сделать это системой двойной планеты? Луна может иметь меньшую массу, просто мне нужна высокая плотность, а меньшая масса означает еще более высокую плотность, увеличивающую возможную, если я все еще хочу, чтобы луна была похожа на Землю на поверхности. Должен ли я задать новый вопрос для этого?
@DerGreif Невозможно полностью предотвратить приливную блокировку. Это произойдет с любым объектом на орбите вокруг другого, если ему будет предоставлено достаточно времени. При прочих равных это произойдет с большими объектами быстрее, чем с маленькими. Однако известно, что время, необходимое для блокировки, имеет МНОГО неопределенности в расчетах, поэтому вы, вероятно, можете уйти, сказав, что они еще не заблокированы.
@DerGreif Хотя, если вы смотрите на 1/3 массы Земли, это определенно будет система, вращающаяся вокруг барицентра вне любого объекта. Такой системой являются Плутон и Харон, а Харон составляет всего 12% массы Плутона.
@ДжонРобинсон. Именно так, в зависимости от конфигурации. Я тоже думал о Плутоне-Хароне. Он не должен быть заблокирован приливом, но он может добраться туда. Ничто из этого не мешает Луне быть обитаемой, что больше зависит от ее атмосферы и поверхностной среды.
Если вы кладете его очень далеко, то вам следует начать беспокоиться о сфере Хилла. Земле было бы трудно удержать столь далекий объект. Потребуется избавиться от близлежащих планет, чтобы предотвратить любые гравитационные взаимодействия.
Хороший ответ! Я думаю, что я был бы обеспокоен атмосферной зачисткой. Луну достаточно мал, чтобы динамо-машина с большой долей вероятности отключилась, не оставив магнитного поля. Учитывая это и более низкую гравитацию, разрушение атмосферы солнечным ветром было бы серьезной проблемой. Луну намного больше Марса, что в некоторой степени устраняет проблему, но Марс потерял свою атмосферу 4 миллиарда лет назад. Даже если Луну продержится еще пару миллиардов лет, сейчас там все еще безвоздушно. Кроме того, солнечный ветер на орбите Земли сильнее, чем на орбите Марса.
Если Луну сильно ударили, его вращение могло значительно увеличиться. Таким образом, текущее вращение могло случайно оказаться удобным для истории, поскольку индуцированное вращение замедлилось бы. Кроме того, сильный удар мог снова нагреть ядро, чтобы оно работало дольше.

У вас здесь действительно двойная планета. Я бы порекомендовал просто пойти на это и иметь две очень похожие планеты, вращающиеся вокруг их общего центра тяжести. Это позволяет вам избавиться от проблемы плотности и позволяет легко признать, что они оба имеют довольно быстрое вращение и, следовательно, магнитные поля и разумные атмосферы.

Наличие такой формы двойной планеты маловероятно, но только маловероятно, а не невозможно.

В качестве бонуса, наличие двух потенциально пригодных для жизни планет так близко делает вполне правдоподобным, что жизнь может распространяться от одной к другой через бактерии, переносимые на обломках от событий столкновения на одной планете, которые случайно поразили другую планету.

Дополнение: нет никакой принципиальной разницы между большой луной, имеющей долю массы планеты, и двойной планетой. В обоих случаях обе они вращаются вокруг барицентра, просто большая луна означает, что барицентр находится дальше от центра планеты. Но это не имеет большого значения.

Если Луна вот-вот взорвется, вам нужно подумать, что произойдет с обломками. Если Луна разлетится на части и разлетится во всех направлениях, осколков, упавших на планету, будет более чем достаточно, чтобы вызвать вымирание.

Если вы уберете луну каким-то образом, не нанеся вреда планете, потеря луны нарушит орбиту планеты, и это будет зависеть от их положения относительно солнца, когда луна уходит.

Интересный ответ. Я проголосовал за это. Видите ли вы какие-либо шансы на то, что это будет настоящая планета-луна? это действительно важно для меня (кроме того, что Луна обитаема).
Извините, но я не совсем понимаю, о чем вы спрашиваете. Не могли бы вы его немного распаковать?
Конечно, извините, английский не мой родной язык. Мне нужно, чтобы луна вращалась вокруг планеты, потому что где-то в будущем я хочу взорвать луну, и я боюсь, что если луна и планета будут вращаться вокруг барицентра, это серьезно повлияет на планету и ее обитаемость. Если я ошибаюсь, то я в порядке с барицентром, вращающимся вокруг обоих.
Добавлено к моему ответу.

Это звучит правдоподобно для меня. Большие луны иногда образуются в гидродинамическом моделировании гигантских столкновений между протопланетами на поздних стадиях формирования планет. Сложнее всего купить плотность. На Меркурии намного больше железа, чем на Земле, но его плотность примерно такая же, потому что при меньшей гравитации он меньше сжимается. Мы также не знаем ни одной экзопланеты с плотностью, указывающей на гораздо более богатый железом состав, чем у Земли (хотя их очень трудно измерить).

ОБНОВЛЕНИЕ: в настоящее время известна экзопланета массой 2,6 Земли с составом, подобным Меркурию — см. https://en.wikipedia.org/wiki/K2-229b .

Плотность действительно хитрость здесь. Земля уже довольно близка к тому, чтобы быть максимально плотной без абсурдного состава; после того, как вы минуете железо, более поздние (более плотные) элементы периодической таблицы станут значительно реже во Вселенной. Кроме того, железо отвечает за создание магнитного поля Земли, и этой гипотетической луне оно понадобится для защиты любой жизни от ультрафиолета и т. д. На самом деле вы не можете получить реальную планету с плотностью, намного превышающей плотность Земли, поэтому Я думаю, что ОП придется увеличить масштаб Луны или снизить гравитацию, чтобы заставить это работать.
@Palarran Это также может быть захваченное тело. Механика захвата в мире такого размера... Сложно... Но это большая вселенная - если это может случиться, то это произойдет.
@UIDAlexD Я говорил об ограничениях фактического состава Луны, а не обязательно о том, как она там оказалась. Все элементы в периодической таблице после железа (более плотные металлы, которые потребуются) созданы сверхновыми. Количество этих металлов положительно ничтожно по сравнению с более легкими элементами. Другими словами, вы не можете реально получить планетарное тело с плотностью, значительно превышающей плотность Земли (состоящей в основном из железа и кремния), если вы хотите, чтобы оно оставалось размером с Землю. Можно сказать, что это теоретически возможно, но никогда нельзя поверить.
Я готов уступить реализм плотности редкому элементу, составляющему большую часть этого планетарного строения. но спасибо за объяснение, я соответственно проголосовал.
@Palarran: Возможно, Луна могла бы состоять почти полностью из железа и никеля, только с тонкой каменистой коркой. Даже у Меркурия все еще есть значительная мантия — вы можете значительно увеличить плотность по сравнению с Землей, заменив ее также ферроникелем.
Проверка реальности: обитаемая луна вокруг похожей на Землю планеты
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v