Влияние КВМ красного карлика (вспышки) на биологическую жизнь и атмосферу

У меня есть планета, вращающаяся вокруг звезды М-класса (М3/М4). Я пытаюсь выяснить, каковы могут быть последствия вспышек для биосферы планеты.

Предыстория: как некоторые из вас, возможно, знают, звезды класса M известны своим сильным и мощным вспышкой (CME). Принято считать, что это вспышка лишит большинство планет в обитаемой зоне их атмосферы, оставив планету безжизненной. Однако изучая исследовательские работы, я пришел к выводу, что планеты, вращающиеся вокруг более старых звезд М-класса, особенно низших классов (M0, M1, M2, M3, M4), вероятно, испытают значительно ослабленную вспышечную активность по сравнению с планетами более высокого класса. или младшие братья.

Так что это дает мне возможность создать мир с процветающей биосферой.

У меня больше всего проблем с тем, что... что будет означать оставшаяся вспышка для жизни на планете? Вспышки, конечно, менее мощные, но они все еще содержат некоторую степень радиационного удара (УФ, рентгеновские лучи и т. д.), что обычно не очень хорошо сочетается с жизнью или атмосферой.

Мой вопрос полностью: Учитывая уровень факельного сжигания (см. ниже), какого воздействия на биосферу я должен ожидать? Будет ли атмосфера подвергаться периодическим повреждениям в той или иной форме? Будет ли этого и других эффектов достаточно для форсирования адаптивных мероприятий при сильнейших вспышках (поведенческих, анатомических и т.д.)? Какие условия могут возникнуть в результате этого сжигания?

Подробности о Flaring/Star/Planet: Моя звезда старая. По мере старения звезд М-класса их скорость вращения замедляется, вызывая все более слабые магнитные поля, которые постепенно ослабляют их вспышечную активность. Однако, как и у других звезд М-класса, это не означает, что у нее нулевая вспышечная активность. Отнюдь не. Основываясь на документах по астрофизике, которые я просмотрел, кажется, что такие звезды могут поддерживать разумный уровень вспышечной активности в течение многих гига лет. У нас есть данные о вспышках звезды GJ 4083, поэтому, используя их в качестве модели для моей системы и ссылаясь на несколько источников, я собрал следующие данные (поправьте меня, если я ошибаюсь):

Во-первых, моя планета, как правило, похожа на Землю : океаны, континенты, кислородно-азотная атмосфера и все такое прочее. Атмосфера около 3 бар, а масса (а значит и гравитация) несколько ниже. Он имеет тектонику, углеродный цикл и испытывает значительный приливный нагрев. Магнитное поле моей планеты было бы слабым. В диапазоне 1/8 - 1/3 земной. Моя планета не привязана к приливу, а находится в орбитальном резонансе 2:1. Так что все точки на планете переживают день/ночь.

Другие особенности, вероятно, не имеют отношения к вопросу, поэтому я их не упомянул.

Наше Солнце (для контекста)

  • Регулярная «большая» вспышка на Солнечной системе (нашем Солнце) происходит один или два раза за одиннадцатилетний солнечный цикл. Они могут быть 1E+32 Ekp(erg)* у власти.

  • 5.6E+32 Ekp(erg)По оценкам, вспышка Кэррингтона 1859 года (одна из самых мощных зарегистрированных вспышек на нашем Солнце) имела мощность около Это в 5,6 раза больше, чем вспышка солнечного цикла, упомянутая выше, и может происходить раз в столетие или около того.

  • Солнечная вспышка 774 г. н.э. (крупнейшая из известных постулированных вспышек на нашем Солнце) оценивается примерно в 1.6E+34 Ekp(erg). Это в 160 раз мощнее, чем вспышки, которые вы обычно видите на пике 11-летнего солнечного цикла нашего Солнца. Это может быть вспышка раз в пару тысячелетий. Судя по тому, что я читал, это могло иметь заметные последствия для биосферы, включая резкое истощение озонового слоя.

    GJ 4083 (моя модель звезда)

  • В течение нескольких лет самые большие зарегистрированные вспышки от GJ 4083 были примерно 1.6E+31 Ekp(erg)и в среднем составляли примерно одну в два месяца. На расстоянии, на котором моя планета вращается вокруг моей звезды М-класса, полученный поток примерно в 4 раза мощнее, чем вспышка Кэррингтона 1859 года.
  • Более часто GJ 4083 будет выдавать вспышки вплоть до 5E+30 Ekp(erg), которые происходят примерно раз в месяц. На том расстоянии, на котором вращается моя планета, полученный поток будет несколько выше, чем у Кэррингтонской вспышки 1859 года.
  • Я предполагаю, что GJ 4083 (и моя вымышленная звезда, основанная на ней) излучает более мелкие вспышки, которые случаются чаще (но мы не можем их обнаружить), и гораздо более крупные вспышки, которые происходят в более длительные промежутки времени. Я не удивлюсь, если GJ 4083 излучает чудовищную вспышку каждые пару столетий или тысячелетий, которая могла бы соперничать со вспышкой 774 года нашей эры, испытанной Землей. Просто нет данных, чтобы сказать так или иначе. Если вам нужен четкий ответ, предположите, что звезда испытывает более частые незначительные вспышки и очень редкие супервспышки, как и наше Солнце.

Если это поможет, не стесняйтесь постулировать активность/силу вспышки несколько меньше или больше, чем GJ 4083. Это, безусловно, было бы в пределах возможного.

Ekp (в эрг) = светимость звезды в полосе пропускания Кеплера, умноженная на ее эквивалентную продолжительность. Единица эрг.

Использованная литература:

ВСПЫШКИ КЕПЛЕР. I. АКТИВНЫЕ И НЕАКТИВНЫЕ М КАРЛИКИ – https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/797/2/121/meta#apj504475s3

Новый взгляд на событие космической погоды 1859 года: пределы экстремальной активности https://www.swsc-journal.org/articles/swsc/pdf/2013/01/swsc130015.pdf

https://sohowww.nascom.nasa.gov/hotshots/X17/

Земные эффекты возможных астрофизических источников увеличения образования 14C в 774-775 гг. н.э. https://arxiv.org/pdf/1302.1501.pdf

@Agrajag OP означает орбитальный резонанс 2: 1.
@ a4android ОП заявил «орбитальный резонанс 2: 1», что он имеет в виду, мне еще предстоит выяснить, поскольку никакие другие тела в системе, с которыми мог бы возникнуть резонанс, не упоминались.
Извините за путаницу. Орбитальный резонанс 2:1 означает 2 планетарных оборота на 1 виток звезды. Для сравнения, Меркурий находится в орбитальном резонансе 3:2 (3 оборота на 2 орбиты). Планеты на высоких эллиптических орбитах с большей вероятностью попадут в состояния целочисленного резонанса, чем в приливные шлюзы 1:1. Я просто упомянул об этом, чтобы развеять любые представления о том, что будет «темная» и «светлая» стороны.
Это здорово, что я думал еще до того, как погуглил. Эллиптическая орбита, я пропустил упоминание об этом в вашем вопросе?
@Agrajag Нет. Я не упомянул эллиптическую орбиту. Не думал, что это уместно к вопросу о вспышках. Я добавил еще одну деталь (Земля похожа на планету), которая должна обеспечить необходимый контекст. Там есть другая важная информация: сила вспышки + частота. Думаю должно хватить?
Насколько я понимаю, этого достаточно, есть много всего, что можно прочитать, хотя для научно мыслящего не эксперта, такого как многие из нас, если вы хотите получить качественный ответ, вам нужно будет подождать 24/48 часов или около того и, возможно, набрать из некоторые специализированные сайты (физика, астрономия SE и т. д.). Я и вернусь завтра по Гринвичу.
До старости звезда была молодой и активной. Как возможно, что планета сохранила свою атмосферу, основываясь на том, что вы утверждаете?
@L.Dutch Несколько возможностей, в том числе: 1. Планета изначально сохраняла орбиту намного дальше от своей звезды в течение нескольких гига лет, но мигрировала внутрь после орбитального взаимодействия с другой планетой, двойной звездой-партнером (это двойная система) , или мимолетный звездный сосед, 2. Планета действительно потеряла большую часть своей атмосферы, но выделение газа восполнило ее в течение гига лет (возможно, вызванное значительным приливным нагревом), 3. Планета изначально имела огромную атмосферу, но она была лишена и что остается более земное количество атмосферы.

Ответы (1)

Проблема, которую я вижу в вашем вопросе, заключается в предположении, что планета, подобная Земле, будет существовать далеко от красного карлика, а не ближе к нему, поэтому основное внимание уделяется затуханию.

Красные карлики крупнее, но холоднее, чем звезды, подобные нашей. Как следствие, планетам, похожим на Землю, придется вращаться намного ближе к Солнцу , чтобы поддерживать свою температуру. Если мы говорим в среднем 0,3 а.е. (или 30% расстояния между Солнцем и Землей), и мы исходим из вашего слабого магнитного поля, то вероятность существования жизни уже довольно низка. Чем ближе вы подходите к солнцу, тем выше интенсивность испускаемых космических лучей (более холодное солнце немного смягчает это, но на расстоянии 30% у вас все еще есть проблема), а это означает, что без более сильногомагнитное поле, жизнь на вашей планете будет бороться, и вероятность того, что ваша планета сможет поддерживать атмосферу, также снижается. Это означает, что ваше атмосферное давление в 3 бара и слабое магнитное поле, вероятно, несовместимы, особенно учитывая возраст звезды.

Итак, как CME повлияют на жизнь на этой планете? Что ж, если предположить, что там вообще может существовать жизнь (что не гарантировано), то КВМ будет катастрофическим из-за близости.

Я считаю, что;

1) ваша планета вообще не могла существовать,
2) если бы она существовала, жизнь на ней была бы довольно хрупкой, и
3) КВМ, вероятно, были бы той соломинкой, которая сломает хребет верблюду.

Помните, что ваше магнитное поле уже борется с основным солнечным излучением, так что еще какое-нибудь противоборство, например, CME, и вы обнаружите, что магнитное поле перегружено.

С другой стороны (буквально), полярные сияния на полюсах (и, возможно, над большей частью планеты за пределами экватора) будут впечатляющими . Даже если жизнь была уничтожена, если у вас есть технология, позволяющая предсказать, когда должно произойти следующее CME, вы могли бы создать магнитно-экранированную смотровую площадку в версии Европы для этой планеты и продавать билеты на световое шоу по всей галактике.

Эта планета может изо всех сил пытаться найти жизнь, но это не мешает ей быть настоящим источником денег.

Спасибо за ответ. Я думаю, что вы ошибаетесь в нескольких пунктах, что ставит под сомнение ваш вывод. Если вы увидите эту ссылку en.wikipedia.org/wiki/Red_dwarf, вы увидите, что звезда класса M3 составляет примерно 1/3 размера нашего Солнца и 1,5% светимости. Игнорируя любую вспышечную активность, звезды М-класса испускают в своем спектре гораздо менее интенсивное излучение, чем звезды G-класса (например, гамма, рентгеновские лучи и т. д.). Кроме того, магнитные поля не обязательно необходимы для поддержания атмосферы. Например, у Венеры чудовищная атмосфера и почти ничтожное поле.
Не хватило места.... Кажется, существует множество факторов сохранения влажной азотно-кислородной атмосферы, и только одна из них - фотодиссоциация молекул воды, вызванная ударом звездного ветра. Скорость убегания (определяемая массой), вероятно, более критична. В любом случае… планета в обитаемой зоне звезды класса М3 может оказаться более благоприятной для нашей формы жизни: меньше радиации, больше продолжительность жизни и т. д. То есть до того, как вы учтете вспышечную активность. Рассмотрению вопроса о воздействии на биосферу скромных факелов и посвящен мой пост.
Влияние КВМ красного карлика (вспышки) на биологическую жизнь и атмосферу
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v