Возможно ли, чтобы планета размером с Землю имела гораздо большие приливы, оставаясь при этом пригодной для жизни?

Короткий ответ:

Проблема с обитаемыми людьми планетами, имеющими очень большие приливы, заключается в том, что астрономические параметры, включая параметры, ответственные за приливы, изменяются со временем очень медленно, но неуклонно, и требуется много времени, чтобы планета стала пригодной для жизни людей, то есть планета, которая начинается с больших приливов и может иметь очень маленькие приливы к тому времени, когда он станет обитаемым для людей.

И, как сказал Л. Датч - Восстановить Монику♦, если Луна слишком велика или слишком близка, планета может стать приливно-приливной связью с Луной и, таким образом, больше не будет движущихся приливов, а будут постоянные приливные выпуклости на противоположных сторонах планеты.

Длинный ответ в восьми частях:

Часть первая: Насколько высокими могут быть приливы на обитаемой планете?

Вам следует взглянуть на «Обитаемые планеты для человека» Стивена Х. Доула, 1964 г., в котором обсуждается планетарная обитаемость для людей.

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

На страницах с 61 по 63 обсуждается возраст, необходимый для того, чтобы планета была пригодной для жизни, и описываются различные последовательные процессы и этапы, которые в конечном итоге привели к тому, что Земля приобрела атмосферу с высоким содержанием кислорода. И заканчивается:

В целом, вероятно, можно с уверенностью сказать, что планета должна была существовать 2 или 3 миллиарда лет при довольно стабильных условиях солнечной радиации, прежде чем она стала достаточно зрелой, чтобы стать пригодной для жизни.

Отношения между планетой и ее спутником обсуждаются на страницах 72–75.

Доул обсуждает как случай обитаемой планеты с большим спутником, так и обитаемой «планеты», которая на самом деле является спутником планеты-гиганта, во много раз более массивной.

Он отмечает, что если у пригодной для жизни планеты есть спутник-спутник или планета, массивная и/или достаточно близкая, приливные эффекты будут замедлять вращение планеты до тех пор, пока планета не будет приливно привязана к миру-компаньону.

Доул говорит, что планета, связанная приливами с миром-компаньоном, все еще может быть пригодной для жизни, если дни достаточно короткие, чтобы колебания тепла и холода между днем ​​и ночью не были слишком интенсивными. Доул предполагает, что день в 96 часов или четыре земных дня будет более или менее произвольной максимальной продолжительностью дня обитаемой планеты, приливно привязанной к своему компаньону.

Пригодная для жизни зона вокруг звезды — это зона вокруг звезды, где планета может иметь температуру, подходящую для жидкой воды, и, таким образом, возможно, на ней может быть жизнь, если другие условия будут хорошими. Доул использует слово «экосфера» для описания околозвездной обитаемой зоны.

В разделе о подходящих типах звезд для пригодных для жизни планет Доул писал, что звезды с меньшей массой будут иметь очень близкие к ним «экосферы», и, таким образом, планеты в этих «экосферах» будут испытывать очень сильные приливы и поэтому вскоре станут приливно-отливными. привязаны к своим звездам. Таким образом, на одной стороне планеты будет вечный день, а на другой — вечная ночь. Доул считал, что это сделает планету непригодной для жизни.

В разделе, посвященном взаимосвязям спутников, Доул говорит, что если планета или луна будут приливно привязаны к своей планете или луне-компаньону, они не станут приливно привязаны к своей звезде, и, таким образом, у них будет чередование дня и ночи, и они могут оставаться обитаемый.

Как мы видели, для звезд на низкотемпературном конце главной последовательности существует несовместимость между эффектом приливного торможения и температурными требованиями обитаемой планеты. нижний предел массы звезд, у которых могли свободно вращаться планеты в экосфере, был определен равным 0,72 массы Солнца. В этом разделе мы видим механизм, посредством которого нижний предел звездной массы может быть еще больше уменьшен. Если бы у планеты был большой близкий спутник, который поддерживал скорость вращения планеты, так что солнечный день был короче 96 часов, она могла бы вращаться в экосфере звезды менее массивной, чем 0,72 солнечной массы. Однако новый предел будет достигнут, когда приливы на ланете из-за первичного достигнут разрушительного уровня. Если мы предположим, что предел разрушительного прилива составляет 20 футов, новый предел для звездной массы будет равен 0.

Итак, Доул подсчитал — точно или нет, — что приливы в 20 футов будут несовместимы с обитаемостью для людей.

Часть вторая: Сравнение с приливами на Земле.

Но что Доул имел в виду под приливами?

Земной прилив (также известный как твердый земной прилив, прилив земной коры, прилив тела, телесный прилив или прилив земли) — это смещение твердой земной поверхности, вызванное гравитацией Луны и Солнца. Его основная составляющая имеет метровую амплитуду на периодах около 12 часов и более. Самые большие составляющие приливов тела полусуточные, но есть также значительные суточные, полугодовые и двухнедельные вклады. Хотя гравитационная сила, вызывающая земные и океанские приливы, одинакова, реакции на них совершенно разные.

https://en.wikipedia.org/wiki/Earth_tide#:~:text=Earth%20tide%20%28also%20known%20as%20solid%20Earth%20tide%2C,at%20periods%20of%20about%2012%20hours %20и%20длиннее.[2]

Согласно таблице, вертикальная составляющая полусуточных земных приливов составляет 384,83 миллиметра или 1,2625 фута. Таким образом, самая высокая вертикальная составляющая земных приливов, когда различные приливы работают вместе, вероятно, должна составлять около одного метра или 3,2808 фута.

Океанические приливы в открытом океане имеют аналогичный диапазон.

Типичный диапазон прилива в открытом океане составляет около 0,6 метра (2 фута) (синий и зеленый на карте справа).

Диапазон приливов на береговых линиях, где их замечают люди, может сильно различаться.

Диапазон приливов классифицируется[9] как:

Микроприливные, когда диапазон приливов менее 2 метров.

Мезо-приливы, когда диапазон приливов составляет от 2 до 4 метров.

Макро-приливы, когда диапазон приливов превышает 4 метра.

Таким образом, микроприливный диапазон составляет менее примерно 6 футов, мезо-приливный диапазон составляет примерно от 6 до 13 футов, а макроприливный диапазон превышает примерно 13 футов.

Ближе к побережью этот диапазон значительно больше. Диапазоны прибрежных приливов различаются по всему миру и могут варьироваться от почти нуля до более 16 м (52 футов). 3 Точный диапазон зависит от объема воды, прилегающей к побережью, и географии бассейна, в котором находится вода. Большие водоемы имеют более высокие диапазоны, и география может действовать как воронка, усиливающая или рассеивающая прилив. 4 Самый большой в мире диапазон приливов 16,3 метра (53,5 фута) наблюдается в заливе Фанди, Канада, 3 аналогичный диапазон наблюдается в заливе Унгава также в Канаде 6 , а в Соединенном Королевстве регулярно наблюдаются приливы до 15 метров (49 футов). между Англией и Уэльсом в устье реки Северн. 7

https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_range[5]

Значит ли это, что Доул имел в виду, что обитаемая планета не может иметь диапазон приливов и отливов более 20 футов в любом месте планеты?

Очевидно, нет, поскольку он должен был знать, как и многие дети, не говоря уже о многих ученых, что на обитаемой планете Земля есть ряд побережий с диапазоном приливов более 20 футов или 6,096 метра. Приливы в 20 футов и более не превращают их побережья в безжизненные пустыни, и при этом они не делают всю планету Земля безжизненной и необитаемой.

Возможно, Доул имел в виду, что средний диапазон приливов в середине океана на обитаемой планете не может превышать 20 футов. Поскольку это примерно в 10 раз превышает высоту типичного диапазона приливов в середине океана, максимальные диапазоны приливов на различных берегах планеты с 20-футовыми приливами в срединном океане будут варьироваться от гораздо менее 20 футов на берегах с очень отливами до десяти футов. раз больше мезо-приливного диапазона от 6 до 13 футов - от 60 до 130 футов, в десять раз больше макро-приливного диапазона от 13 до 53 футов - от 130 до 530 футов.

Таким образом, если ограничение Доула в 20 футов означает приливы в середине океана в 20 футов, и если это правильно, и если на планете есть различные берега, которые усиливают приливы так же сильно, как и некоторые берега на планете Земля, то самый высокий диапазон приливов в берега с самыми высокими приливами могут достигать 530 футов.

Конечно, возможно, что на некоторых планетах могут быть такие конфигурации суши и моря, которые усиливают приливы гораздо больше, чем в любом другом месте на Земле, и поэтому в некоторых местах диапазон приливов может быть намного больше, чем расчетные примерно 530 футов.

Приливные отмели или илистые отмели - это плоские участки, которые покрываются и не покрываются приливами.

Илистые отмели или илистые отмели, также известные как приливные отмели, представляют собой прибрежные водно-болотные угодья, которые образуются в приливных зонах, где отложения отлагаются приливами или реками. Недавний глобальный анализ показал, что они так же обширны, как и мангровые заросли. 1 Они встречаются в защищенных районах, таких как заливы, заливы, лагуны и эстуарии; их также можно увидеть как в пресноводных, так и в соленых озерах (или внутренних морях), где заканчиваются многие реки и ручьи. 2 Илистые отмели можно рассматривать с геологической точки зрения как обнаженные слои заливового ила, образующиеся в результате отложения эстуарных илов, глин и детрита водных животных. Большая часть отложений на илистой отмели находится в приливной зоне, поэтому отмель погружается и обнажается примерно два раза в день.

https://en.wikipedia.org/wiki/Мадфлэт[3]

Если приливная равнина поднимается на один процент, она будет подниматься на один фут на каждые 100 футов по горизонтали. Таким образом, приливная равнина с подъемом на один процент будет простираться на 10 000 футов или 1,89 мили по горизонтали на каждые сто футов диапазона приливов. И я подозреваю, что многие приливные отмели гораздо более ровные.

---

Добавлено 06.06.2021

Я цитирую:

В этот более ранний ледниковый период уровень моря вдоль побережья Мексиканского залива был примерно на 400 футов ниже, чем сегодня, а береговая линия залива находилась на 30–60 миль дальше от берега, чем наши современные пляжи.

https://www.nola.com/news/environment/article_aff2af21-e1fb-58ab-97e0-6874df798407.html[7]

Таким образом, если примерно 400 футов по вертикали равняются от 30 до 60 миль по горизонтали, или от 158 400 до 316 800 футов по горизонтали, то среднее повышение составляет примерно от 396 до 792 к одному. Если место, где берег является таким плоским, имеет вертикальный диапазон прилива 530 футов, он может иметь горизонтальный диапазон от примерно 209 880 футов (39,75 миль) до примерно 419 760 футов (79,5 миль).

И, возможно, есть даже более плоские ландшафты, где прилив высотой 530 футов перемещается намного дальше по горизонтали.

---

Таким образом, кажется возможным, что на обитаемой планете может быть несколько больших приливных отмелей, где прилив уходит и возвращается гораздо быстрее, чем может путешествовать человек, даже если человек не застревает в грязи. Отмечу, что на Земле, даже в местах с нормальным диапазоном приливов, люди часто попадали в приливы и тонули. Посмотрите, например, известные истории о потерянных сокровищах короля Джона.

https://historicalragbag.com/2020/06/22/king-john-his-treasure-and-the-wash/[6]

Часть третья: Эволюция орбит лун с течением времени.

Но может ли планета сохранять чрезвычайно высокие приливы достаточно долго, чтобы стать пригодной для жизни?

В нашей Солнечной системе много естественных спутников или лун. Некоторые из них считаются обычными спутниками, образованными планетами, вокруг которых они вращаются. Считается, что другие были захвачены планетами через миллионы лет после их образования.

Все обычные спутники имеют прямые орбиты, вращаясь вокруг своих планет в тех же направлениях, что и планеты. Захваченные спутники могут быть захвачены либо на прямых, либо на ретроградных орбитах, которые являются орбитами в направлении, противоположном вращению планеты. Захваченные спутники в нашей Солнечной системе включают спутники с прямыми и обратными орбитами.

Если прямой спутник вращается вокруг своей планеты на меньшем синхронном орбитальном расстоянии, приливные взаимодействия заставят спутник медленно приближаться по спирали все ближе и ближе к планете, и в конечном итоге это приведет к разрушению спутника и, возможно, к уничтожению всей жизни на нем. планета. Несколько лун в нашей Солнечной системе вращаются ниже синхронных орбит своих планет и медленно приближаются к своим планетам.

Если прогрессивный спутник вращается вокруг своей планеты на расстоянии большем, чем орбитальное расстояние, приливное взаимодействие заставит спутник медленно удаляться от планеты, так что через миллиарды лет, когда планета, наконец, станет обитаемой для людей, спутник будет вращаться по орбите много раз. дальше, чем вначале, и приливы будут во много раз меньше, чем первоначально.

Ретроградные спутники будут двигаться по спирали внутрь к своим планетам.

Все ретроградные спутники в той или иной степени испытывают приливное замедление. Единственный спутник в Солнечной системе, для которого этим эффектом нельзя пренебречь, — это спутник Нептуна Тритон. Все остальные ретроградные спутники находятся на дальних орбитах, и приливные силы между ними и планетой пренебрежимо малы. https://en.wikipedia.org/wiki/Retrograde_and_prograde_motion#Natural_satellites_and_rings[4]

Приливные взаимодействия также приводят к тому, что орбита Тритона, которая уже ближе к Нептуну, чем орбита Луны к Земле, постепенно ухудшается; прогнозы таковы, что через 3,6 миллиарда лет Тритон пройдет в пределах предела Роша Нептуна. Это приведет либо к столкновению с атмосферой Нептуна, либо к распаду Тритона, сформировав новую систему колец, подобную той, что обнаружена вокруг Сатурна.[25]

Часть четвертая: Планета с ретроградной Луной.

Таким образом, если Тритон уже вращается вокруг Нептуна в течение миллиардов лет, и у него есть еще 3,6 миллиарда лет, чтобы приблизиться все ближе и ближе к Нептуну, прежде чем он будет уничтожен, это показывает, что в некоторых случаях захваченный ретроградный спутник может приближаться к планете все ближе и ближе за миллиарды лет до последней катастрофы. Миллиарды лет, за которые планета могла стать обитаемой для человека.

Таким образом, гипотетически планета, подобная Земле, могла бы захватить большую луну на ретроградной орбите, и планета могла бы простоять миллиарды лет и стать пригодной для жизни людей, прежде чем эта ретроградная луна врежется в планету и превратит всю кору планеты в расплавленную. раскаленная лава, уничтожающая все живое.

Так что, возможно, планета в вашем рассказе захватила большой объект на ретроградную орбиту, и эта луна сейчас очень близко к планете и вот-вот вызовет ужасную катастрофу за очень короткое время по астрономическим и геологическим меркам, хотя, возможно, через очень долгое время. по человеческим меркам. В этом случае приливы, создаваемые Луной, будут почти такими же высокими, как когда-либо.

Часть пятая: Старая планета с недавно полученной луной Prograde.

А может быть, планета формировалась и развивалась миллиарды лет и стала обитаемой для людей, а затем относительно «недавно» по астрономическим меркам времени случайно вывела крупный объект на прямую орбиту.

Если бы недавно приобретенная луна находилась на прямой орбите чуть выше синхронного орбитального расстояния, она начала бы замедлять день планеты и двигаться от планеты, уменьшая высоту своих приливов на планете. Но если бы захват был относительно недавним по космическим масштабам времени, Луна не ушла бы далеко и приливы были бы почти такими же сильными, как вначале.

Если бы только что обретенная луна находилась на прямонаправленной орбите чуть ниже синхронного орбитального расстояния, она бы медленно по спирали спускалась к планете, что привело бы к ужасной катастрофе, которая уничтожила бы все живое на планете. Но если бы захват был относительно недавним по космическим масштабам времени, Луна не подошла бы намного ближе, и приливы все равно были бы лишь немного сильнее, чем на синхронном орбитальном расстоянии.

Часть шестая: Молодая планета, подвергшаяся терраформированию, пока ее Луна еще близка.

Другая возможность состоит в том, что планета еще молода и имеет только что сформировавшуюся большую луну, которая все еще находится очень близко к планете, и развитая цивилизация терраформировала планету, чтобы сделать ее пригодной для жизни.

Часть седьмая: Обитаемый экзолуна на орбите гигантской экзопланеты.

Или, возможно, ваша планета — не планета, а гигантская экзолуна размером с планету, пригодная для жизни, вращающаяся вокруг гигантской экзопланеты. Таким образом, планета будет приливно привязана к гигантской экзопланете. Это обычно замораживает приливные выпуклости на двух противоположных сторонах экзолуны, одна непосредственно касается планеты, а другая обращена прямо от планеты. Но если вокруг планеты-гиганта вращаются другие большие луны, их гравитация вызовет у луны приливы, которые будут перемещаться по ее поверхности по мере изменения относительного положения этих лун.

Если вы хотите, чтобы день приливно-запертого экзомона равнялся примерно одному земному дню, экзолуна должна будет вращаться вокруг экзопланеты с периодом около одного земного дня. А поскольку экзолуна и экзопланета также будут вращаться вокруг звезды системы, цикл дня и ночи экзомона фактически будет несколько длиннее, чем период его обращения вокруг экзопланеты. Смотрите синодический день и звездный день для объяснения.

Предполагая, что экзопланета точно такая же, как планета Юпитер, экзомон с периодом обращения ровно один земной день будет вращаться на много тысяч километров дальше орбиты Фивы, с большой полуосью 222 452 километра и аперодом 0,6778 дня, и много тысяч километров внутри орбиты Ио, с большой полуосью 421,70 км и периодом обращения 1,7691 дня.

Было высказано предположение, что экзолуны, вращающиеся вокруг экзопланет на расстоянии от 5 до 20 планетарных радиусов, могут быть обитаемыми, если другие факторы верны. Экваториальный радиус Юпитера составляет 71 492 километра, поэтому радиусы от 5 до 20 планет от Юпитера составляют от 357 460 до 1 429 840 километров.

Часть восьмая: Обитаемая планета с большими приливами с соседних планет.

В системе TRAPPIST-1 есть несколько планет, вращающихся в околозвездной обитаемой зоне своей звезды, которые находятся очень близко к своей звезде и, следовательно, друг к другу.

Орбиты планетарной системы TRAPPIST-1 очень плоские и компактные. Все семь планет TRAPPIST-1 вращаются намного ближе, чем Меркурий вращается вокруг Солнца. За исключением b, они вращаются дальше, чем галилеевские спутники вокруг Юпитера, но ближе, чем большинство других спутников Юпитера. Расстояние между орбитами b и c всего в 1,6 раза больше расстояния между Землей и Луной. Планеты должны выделяться на небе друг друга, а в некоторых случаях казаться в несколько раз больше, чем Луна кажется с Земли.[42] Год на ближайшей планете проходит всего за 1,5 земных дня, а год седьмой планеты проходит всего за 18,8 дня.

Четыре планеты вращаются в пределах околозвездной зоны поражения: TRAPPIST-1d, TRAPPIST-1e, TRAPPIST-1f и TRAPPIST-1g. Поскольку все планеты имеют массу, во много раз превышающую массу Луны, а их ближайшие расстояния лишь в несколько раз превышают расстояние от Земли до Луны, любые приливы, которые они могут поднять на любой воде на их поверхности, обычно будут в несколько раз сильнее, чем приливы на Земле.

Приливы в основном исходят от Луны, а не от Солнца. Сделать более высокие приливы, не затрагивая цикл дня и ночи, легко — подвиньте Луну ближе. Как будто это было давно.

Проблема с первым ограничением. Дело в том, что приливы волшебным образом двигают не только воду. Просто земля намного более твердая, она намного меньше двигается. Сделайте приливы огромными, и движение суши также имеет значение.

Понаблюдайте за некоторыми спутниками Юпитера — из-за приливов и отливов случаются неприятные вещи. Я не знаю, как далеко вы можете зайти, сохраняя пригодную для жизни планету.

Я был бы осторожен, делая Луну более массивной: это вызвало бы более высокие приливы во время переходного процесса, но, с другой стороны, эти приливы быстро заблокировали бы оба тела, что привело бы к отливу, а только к постоянной выпуклости.

Вы можете попробовать использовать местные географические особенности , чтобы увеличить высоту прилива.

Диапазон приливов и отливов в конкретном месте зависит не столько от его положения к северу / югу от экватора, сколько от других физических факторов в этом районе; топография, глубина воды, конфигурация береговой линии, размер океанского бассейна и другие. Например, давайте рассмотрим южное побережье Аляски и Британской Колумбии. Конфигурация этой береговой линии очень похожа на воронку с узким концом у залива Кука. Приливы перемещаются по океанам как «волны» и во многих других отношениях действуют как «волны»; этот тип конфигурации имеет тенденцию подчеркивать «волну» на узком конце воронки. Это одна из причин больших приливов, более 30 футов, в районе залива Кука. Если вы посмотрите на диапазоны приливов для станций в Беринговом море, вне этой воронки, но на той же широте,

Переполненное небо.

Во-первых, как на Земле иногда бывают очень высокие и очень низкие приливы?

https://oceanservice.noaa.gov/facts/springtide.html

Солнце и Луна либо объединяются, чтобы притягивать океан, либо противодействуют друг другу.

В вашем мире есть больше тел в небе, которые влияют на приливы. Может быть, в вашем мире есть 2 или более лун, которые выстраиваются в линию, или двойная звезда. Может быть, ваш мир — это луна газового гиганта, и у него самого есть луна, а иногда гигант, луна и звезда объединяются, чтобы создавать мегаприливы.

Насколько обитаемы, люди, которые живут в районах, затронутых приливом, не будут застигнуты врасплох. Будет довольно ясно, где прилив и отлив, и моряки сделают скидку.

Серьезные приливы также повлияют на земную кору и могут вызвать землетрясения. Приливы также будут предсказуемы. Приливно-отливные землетрясения могут усилить влияние тектоники плит на ваш мир, и эти эффекты в отношении землетрясений и, возможно, вулканизма будут менее предсказуемы.