Возможна ли планета с очень небольшими колебаниями температуры (от 17 до 21 градуса по Цельсию)?

Есть два типа планет, которые могут демонстрировать небольшие температурные диапазоны, о которых я могу думать: планеты со значительным парниковым эффектом и планеты с высокой скоростью вращения.

Парниковые газы

Небольшие колебания температуры обнаруживаются на планетах с толстой атмосферой. На этих планетах толщина атмосферы обеспечивает достаточную изоляцию, чтобы уменьшить или остановить перепады температуры в ночное время. Тот же эффект также позволяет температурам прийти в равновесие между полюсами и экватором, поэтому перемещение на север или юг также вызывает незначительные изменения температуры.

Ярким примером этого является Венера, поверхность которой достаточно изотермическая, несмотря на то, что она вращается очень медленно. Конечно, для обитаемой планеты она должна быть немного дальше от Солнца. С плотной атмосферой даже заблокированные приливом планеты могут довольно равномерно нагреваться. В этой статье авторы оценили разницу температур менее чем в шесть градусов, независимо от положения вокруг экватора.

По оценкам, Венера также имеет изотермический слой, который простирается примерно на 10 км, поэтому любые горы ниже этой высоты будут иметь примерно ту же температуру, что и земля. Более высокие горы выпирают в следующий слой атмосферы и имеют более прохладные вершины. (И у Венеры есть такие! Самый высокий из них имеет высоту около 11 км, что больше, чем Эверест. Астрономия потрясающая!)

Скорость вращения

Быстро вращающаяся планета также нагревалась бы более равномерно, поскольку у поверхности было бы меньше времени нагреваться днем ​​и остывать ночью. Однако у него будут мощные погодные системы. Быстрое вращение также будет учитывать только колебания дня и ночи, а не колебания в зависимости от высоты.

Есть три серьезные причины колебаний температуры на планете: родительская звезда, осевой наклон и кривизна планеты.

1. Звезда. Обычно на планете существует огромная разница температур между днем ​​и ночью. На стороне, обращенной к звезде, свет, излучаемый звездой, значительно нагревает планету. На ночную сторону не так много света, поэтому здесь намного прохладнее. Для того, чтобы поддерживать температурное равновесие, приходится избавляться от дня и ночи. Очевидный способ сделать это — поместить планету туда, где нет ни одной звезды. Это планета-изгой , свободно парящая в космосе. Проблема в том, что эти планеты не слишком благоприятны для жизни.

   В качестве альтернативы можно полностью исключить ночь, убедившись, что обе стороны постоянно освещены. Вы бы хотели, чтобы бинарная звездная система делала это (если только вы не планируете создать какую-то гигантскую искусственную излучающую свет структуру), и вы хотели бы настроить ее каждую конкретно. Возьмите две звезды, которые примерно одинаковы — по массе, светимости, возрасту и всем остальным основным характеристикам. Также сделайте их звездами G2 , как Солнце. Теперь поместите планету в центр масс системы. Теоретически планета будет находиться в равновесии и будет получать свет с обеих сторон, когда звезды «обращаются» вокруг нее. Однако эта схема неустойчива.

   Еще один способ сделать это — заставить одну звезду вращаться вокруг другой. Главная звезда массивна, а малая звезда менее массивна. Поместите планету в L ₁ , точку Лагранжа меньшей звезды, которая находится между ними. Планета должна оставаться прямо посередине двух звезд. Сделайте размещение так, чтобы планета находилась достаточно далеко от более массивной (и, вероятно, более яркой) звезды и ближе к другой звезде, чтобы поддерживать температурный баланс.

   Как указано ниже, L ₁ по своей природе неустойчива, как и многие точки Лагранжа. Есть способ обойти это: поместить планету на гало-орбиту вокруг L ₁ (хотя технически планета не будет вращаться вокруг L ₁ . Эта орбита также будет нестабильной, поэтому вам потребуется внести коррективы с помощью метод, известный как удержание станции . Это, вероятно, не сработает для планеты - в конце концов, вам придется прикреплять к ней огромные ракеты! Гало-орбиты не могут существовать в Солнечной системе или что-то подобное$n$-системы тел, поэтому вместо них можно использовать орбиты Лиссажу . Они также немного нестабильны и почти невозможны для планеты, даже с искусственной помощью.

   Вот как будет выглядеть такая орбита:

   
   ^{Изображение в свободном доступе.}

2. Осевой наклон. Наклон земной оси является причиной того, что у нас есть времена года. Несмотря на то, что в некоторые периоды года мы приближаемся к Солнцу, это никак не влияет на нашу температуру. Наклон оси да, и это означает, что независимо от того, какие стороны планеты освещены, одна ее часть будет получать больше света, чем другая.

   Очевидное решение — избавиться от осевого наклона. Редко (в нашей Солнечной системе) такое случается с телом. Большинство объектов имеют большой наклон; на Земле около 24 градусов. На вашей планете не должно быть ничего.

3. Кривизна. Это частично согласуется с пунктом 2. Земля близка к сфере (технически это сплюснутый сфероид), а это означает, что свет падает на одни части менее прямо, чем на другие. Это проблема, которую нельзя предотвратить с помощью решения с двойной звездой или с помощью решения с нулевым наклоном. На самом деле естественного решения не существует .

   Вам нужно окружить всю планету чем-то, излучающим свет равномерно. Вы можете создать огромную сферу (похожую на сферу Дайсона ) вокруг планеты и осветить ее внутреннюю часть. Это очень хорошо для контроля. Однако я не могу придумать ни одного возможного способа, которым это могло бы произойти естественным путем. Вам нужно искусственное вмешательство.

Устраните эти три проблемы, и вы проделаете большую часть пути.

Я вспоминаю рассказ Хэла Клемента о планете, где атмосфера находилась в тройной точке, а воздух и вода были неоднозначными или внезапно менялись.

Итак, как насчет какого-нибудь экстремального или экзотического процесса, который быстро выравнивает температуру? Обычный ветер и течение перемещают тепло; какое-то супер-вещество с фазовым переходом может сделать это достаточно быстро, чтобы сделать различия в инсоляции несущественными. По крайней мере, он может поддерживать температуру. постоянным с высотой в одном месте.

Проблема с этим требованием 1% однородности температуры в планетарном масштабе заключается в том, что тепло проходит медленно по сравнению с размером планеты. Теплопроводность, ветры, вы можете назвать любую механику балансировки температуры, которую вы хотите назвать, и потребуется время, чтобы сдвинуть температуру с высокого полудня на экваторе до полуночи на одном из полюсов.

Все источники энергии на планете являются точечными (вулканизм) или солнечными (падение с одного направления). Это придает вашему нагреву врожденный направленный компонент, который игры с двумя звездами просто не исправят.

Были времена, когда климат на земле был более однородным, чем нынешний — в эпоху динозавров аллигаторы и черепахи водились даже в высоких широтах. Но три степени всегда просто невозможны.