Что может естественным образом защитить каменистую планету от интенсивного рентгеновского излучения черной дыры БЕЗ затрат на создание жизни?

Сам диск может вас затенить

Рассмотрим светящийся диск с дополнительным точечным источником света в центре. Если вы находитесь выше или ниже плоскости диска, он очень яркий как от диска, так и от точечного источника.

Но в плоскости диска вы получаете только излучение от края. Остальная часть диска находится между вами и светоизлучающими материалами дальше.

Если планета находится в тени аккреционного диска (и, возможно, связанного с ним пылевого тора) и движется по орбите в той же плоскости, что и диск, излучение, исходящее от самых внутренних и самых горячих частей диска и короны черной дыры, будет поглощаться и рассеивается промежуточными материалами диска. Некоторое излучение доберется до края диска, а некоторые будут заряжать материалы внутри диска, чтобы они сами излучали энергию, но общая энергия будет намного меньше, чем у объекта, вращающегося по орбите (или наблюдающего) сверху или снизу плоскости аккреционного диска.

---

из комментариев - я нашел прекрасное видео на YouTube, где они смотрят на плоскую светодиодную лампочку - это круг, а не сфера. Колба образует темную полосу, соответствующую ее краю, где излучается относительно меньше света по сравнению с областями, освещенными полным диском плоской колбы.

Обзор и разборка светодиодной лампы Philips Slim Style: гонка на дно

Темная полоса более заметна на видео, чем на этом снимке экрана. Это предсказуемая проблема с плоским источником света. Край дает относительно меньше света. Так же и аккреционный диск.

В качестве комментария.

Существуют разные https://en.wikipedia.org/wiki/Accretion_disk , в том числе те, которые являются тепловыми, похожими на звезду (как я понял), так что, возможно, помашите рукой, если это фон / просто предпосылка для того, чтобы материал был. Форма вещи может иметь большее значение, и диск не обязательно является отличным случаем.

Радиация сама по себе не обязательно является препятствием для жизни, вода достаточно хороша, чтобы заблокировать вещество, и, скорее всего, это место для его образования, а затем есть много подповерхностных бактерий и оттуда достаточно дорог к многоклеточным вариантам. Насколько далеко это может зайти, по сложности - зависит. Дойдет ли оно до достаточно разумных существ (хотя бы муравьев или плесени ) - зависит от этого.

Для развития фотосинтеза потребовалось около 500 миллионов лет, поэтому до этого они использовали ресурсы невозобновляемым образом, и для этого жизнь может зародиться достаточно глубоко, если условия подходящие, а рентгеновские лучи не проблема. Спектр для некоторых аккреционных дисков был похож на рентгеновское излучение с энергией 3-15 кэВ, не уверен, но не назвал бы его таким резким, это определенно не МэВ, которые создают вторичные вещества, и все это довольно сложно. Эти рентгеновские лучи с низкой кэВ будут поглощаться прямым образом. И если их достаточно, может быть, ваша дальнейшая жизнь будет использовать это.

Но другой момент, давайте предположим, что это 100% рентгеновские лучи, интенсивность как у солнца 1,3кВт/м2, из тех кэВ. Для воды коэффициент затухания порядка 0,1/м. Чтобы уменьшить этот поток в 130 000 000 × 3600 раз, требуется, чтобы глубина этой воды составляла около 2,7 м (сюрприз-сюрприз - вода ооочень хорошая). И если мои вуду не так уж неверны, то это соответствует 0,1 мкЗв/ч, более или менее тому, что мы имеем на земле.

Итак, не обязательно такая большая проблема, но не уверен насчет цифр, нужно проверить. С более энергичными рентгеновскими лучами, такими как космические, вы добавляете к этому еще 10-15 м. Так что морская жизнь может существовать.

Рентгеновские лучи могут быть использованы для фотосинтетической активности, или, если интенсивности, как рядом с топливными стержнями реакторов, могут быть частью/двигателем абиогенетического восстановления потребленных химических веществ, путем расщепления конечных продуктов той жизни, что не исключает х-фотосинтетический процесс глубже (на несколько метров глубже).

Итак, не окончательно, но похоже, что рентгеновские снимки переоценены.

Этот ответ не столько ответ, сколько несколько вопросов, которые вы должны рассмотреть и, я надеюсь, ответить.

Часть первая: Проблема излучения.

Насколько я помню, атмосфера Земли не дает большинству рентгеновских и гамма-лучей достичь поверхности. Вот почему рентгеновские и гамма-телескопы находятся на спутниках и космических зондах над атмосферой.

Ответ MolbOrg утверждает, что вода блокирует рентгеновские лучи. Он подсчитал, что потребуется около 2,7 метра воды или еще около 10–15 метров для жесткого рентгеновского излучения.

Любая обитаемая планета будет иметь водяной пар в атмосфере. Водяной пар имеет гораздо меньшую плотность, чем жидкая вода. Но водяной пар в атмосфере простирается намного выше, чем глубина воды, необходимая для блокировки рентгеновских лучей. Если плотность воды всего в 1000 раз больше плотности атмосферного водяного пара, то 2,7 км атмосферы будут соответствовать защитному эффекту 2,7 м воды, а от 12,7 до 17,7 км атмосферы будут соответствовать защитному эффекту 12,7–17,7 м воды.

Конечно, плотность атмосферы и, следовательно, плотность атмосферного водяного пара быстро падает с увеличением высоты.

Возможно, в ваших мирах погибнут высоко летающие птицы и высоко летающие бактерии, а регионы с сухим воздухом, такие как пустыни, будут более опасны, чем остальная поверхность планеты.

И, возможно, существуют другие распространенные газы, льды и формы пыли, которые могут существовать в атмосфере в концентрациях, достаточно высоких, чтобы блокировать рентгеновские лучи, и в то же время достаточно малых, чтобы не отравлять жизнь.

А ультрафиолетовые лучи? Земная атмосфера значительно снижает количество ультрафиолетового излучения, достигающего земли. Утверждается, что если относительно близкий гамма-всплеск ударит по Земле, гамма-лучи разрушат озон в озоновом слое, и столько ультрафиолетового света достигнет поверхности, что жизнь над поверхностью земли и поверхностью воды погибнет. . Поэтому мне интересно, какой будет интенсивность гамма-излучения в обитаемой зоне вашей черной дыры.

Так что я не знаю, будет ли планета с земной атмосферой азота, кислорода и т. д. полностью безопасной для жизни или полностью мертвой и безжизненной из-за интенсивного ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения. Возможно, вам придется провести гораздо больше исследований.

Часть вторая: Абсолютные и относительные размеры обитаемой зоны.

Возможно, вам придется провести некоторые исследования, чтобы рассчитать, сколько планетарных орбит может поместиться в обитаемой зоне вокруг черной дыры вашей сверхгигантской черной дыры.

Я заметил, что внешний предел вашей обитаемой зоны примерно в 1,439 раза больше внутреннего предела. Относительный размер обитаемой зоны объекта легко рассчитать по соотношению его светимости к светимости Солнца.

Как показывает этот список оценок внутренних и внешних краев обитаемой зоны Солнца, существует значительная неопределенность в отношении его размеров и, следовательно, значительная неопределенность в расчете обитаемых зон других светящихся астрономических тел.

https://en.wikipedia.org/wiki/Circumstellar_habitable_zone#Solar_System_estimates

Часть третья: Возможное количество планетарных орбит.

Насколько я помню, у каждой планеты есть запретная область вокруг ее орбиты, в которой никакая другая планета не может иметь долгосрочную стабильную орбиту.

Ширина запрещенной зоны вычисляется из масс главной звезды и планеты, а также расстояния между основной и планетарной орбитой.

Я считаю, что чем массивнее первичный элемент и чем сильнее его гравитация на расстоянии планеты, тем меньше будет запрещенная область планеты.

Ваша черная дыра в 12 миллиардов раз массивнее Солнца, поэтому запретные зоны вокруг планетарных орбит намного меньше.

Ваша обитаемая зона простирается от 316 световых лет до 455 световых лет от черной дыры. В одном световом году более шестидесяти трех тысяч астрономических единиц (а.е.) — фактически около 63 239,2493. Таким образом, 316 световых лет составляют около 19 984 180 а.е., а 455 световых лет составляют около 28 774 690 а.е., согласно этому преобразователю.

https://www.calculateme.com/astronomy/light-years/to-astronomical-units/

Я считаю, что эффект гравитации падает пропорционально квадрату расстояния. Поскольку ваши расстояния составляют десятки миллионов единиц, умноженных на одну а.е., их квадраты должны быть равны сотням триллионов. Следовательно, гравитация объекта на расстоянии 316 световых лет или 19 984 180 а. только около 1,20077545 умножить на 10 в минус 15 степени так же интенсивно, как на 1 а.е.

Если черная дыра в 12 миллиардов раз массивнее Солнца, она будет в 12 000 000 000 раз массивнее Солнца, или в 1,2 раза в десять в 9-й степени. Таким образом, его гравитационное влияние на планеты в его обитаемой зоне должно быть примерно в 1 миллионную меньше, чем гравитация Солнца в 1 а.е., а запретные области планет должны быть намного больше.

Поэтому я думаю, что вам, вероятно, нужно сделать черную дыру во много раз более массивной, или аккреционный диск во много раз менее ярким, или и то, и другое, чтобы создать систему, в которой запрещенные области планет будут намного меньше, а гораздо больше пригодных для жизни планет смогут вписаться в обитаемую зону.

Если черная дыра в X раз массивнее Солнца, а аккреционный диск в X раз ярче Солнца, то гравитация и излучение на расстоянии, равном квадратному корню из X а.е., должны равняться солнечной гравитации и солнечному излучению на расстоянии расстояние 1 а.е.

Поэтому я думаю, что вам нужно сделать отношение массы черной дыры к массе Солнца выше, чем отношение светимости аккреционных дисков к светимости Солнца, чтобы поместить больше планетных орбит в обитаемую зону аккреционных дисков.

Требования, предъявляемые к планете, чтобы быть обитаемой для людей (и, таким образом, также для многоклеточных наземных обитателей, дышащих кислородом в целом), обсуждаются в « Обитаемых планетах для человека» , Стивен Х. Доул, 1964.

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

На страницах с 49 по 52 он обсуждает расстояние между планетами в Солнечной системе и их запретными зонами. Доул цитирует в качестве источника статью (Dole, 1961). Согласно библиографии, то есть Доул С.Х. "Пределы для устойчивых почти круговых планетарных или спутниковых орбит в ограниченной задаче трех тел", ARS J. , 31, № 2 (февраль 1961 г.), стр. 214-219. . Судя по всему, это журнал Американского ракетного общества , который может помочь вам найти формулу, которую использовал Доул.

Часть четвертая: Экзопланеты Примеры планетарного расстояния.

Обнаруженные системы из двух или более экзопланет, вращающихся вокруг звезды, имеют огромные различия в относительном и абсолютном расстоянии между обнаруженными планетами. Конечно, в этих системах могут быть еще не открытые планеты, что изменит наши знания о расстоянии между планетами.

И я не знаю, насколько хорошо известные примеры расстояния между планетами согласуются с формулой Доула для расчета планетарных запретных областей.

Некоторые очень маленькие звезды имеют несколько планет на орбитах очень близко к звезде и, следовательно, друг к другу.

Кеплер-42 имеет три планеты, большие полуоси орбит которых составляют 0,006, 0,0116 и 0,0154 Au. Различия составляют 0,0056 а.е. и 0,004 а.е. если бы обитаемая зона была шириной в 1 а.е., она могла бы иметь 178,5 планетарных орбит, разделенных 0,0056 а.е. каждая, или 250 планетарных орбит, разделенных 0,004 а.е. каждая. Отношения между орбитами составляют 1,9333 и 1,327 соответственно.

https://en.wikipedia.org/wiki/Кеплер-42

Сообщалось, что у Kepler-70 есть две планеты с орбитами 0,0060 и 0,0076 а.е. Разница между орбитами будет 0,0016 а.е., а отношение будет 1,2666. В обитаемой зоне шириной в одну а.е. было бы место для 625 планетарных орбит, расположенных на расстоянии 0,0016 а.е.

И предполагалось, что между ними вращается третья планета.

К сожалению:

Если эти планеты существуют, то орбиты Kepler-70b и Kepler-70c имеют орбитальный резонанс 7:10 и имеют самое близкое сближение между планетами любой известной планетной системы. Однако более поздние исследования 5 показали, что на самом деле было обнаружено не отражение света от экзопланет, а пульсация звезды, «видимая за пределами частоты среза звезды». Дальнейшее исследование 6 показало, что режимы пульсации звезд действительно были более вероятным объяснением сигналов, обнаруженных в 2011 году, и что две экзопланеты, вероятно, не существовали.

https://en.wikipedia.org/wiki/Кеплер-70

TRAPPIST-1 — очень тусклая звезда с 7 планетами, вращающимися очень близко к ней и, следовательно, друг к другу. Три, e , f и g , считаются обитаемыми зонами, и до 6 могут находиться в оптимистичной обитаемой зоне.

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.[43] Год на ближайшей планете проходит всего за 1,5 земных дня, а год седьмой планеты проходит всего за 18,8 дня.

https://en.wikipedia.org/wiki/TRAPPIST-1#Planetary_system

Большие полуоси орбит e , f и g составляют 0,02925, 0,03849 и 0,04683 Au соответственно. Различия составляют 0,00924 и 0,00834 а.е., а отношения 1,315 и 1,216. Обитаемая зона шириной в одну а.е. может иметь 108,2 планетных орбиты на расстоянии 0,00924 а.е. и 119,9 планетных орбиты на расстоянии 0,00834 а.е.

Таким образом, в обитаемой зоне вокруг звезды нормального размера может быть место для сотен планетарных орбит, разнесенных так же близко, как и наименьшее известное абсолютное расстояние планетарных орбит.

И если бы был нижний предел в 0,05 а.е. в разделении планетарных орбит, что на самом деле больше, чем некоторые из примеров, которые я только что привел. в обитаемой зоне шириной 50 000 а.

При нижнем пределе 0,005 а.е. для орбитального разделения в обитаемой зоне шириной 50 000 а.е. будет место для 10 000 000 планетных орбит, что составляет менее одного светового года.

Но если бы отношение между орбитами было определяющим фактором, а не абсолютное расстояние, то планеты должны были бы быть разнесены более широко, исходя из известных примеров.

Часть пятая: Предлагаемое изменение.

Я подозреваю, что вы планируете сделать свою черную дыру всего лишь в миллиард (1 000 000 000) раз массивнее Солнца, а аккреционный диск — всего в миллион (1 000 000) раз ярче Солнца. Планета, вращающаяся на расстоянии 1000 а.е. (1000 — это квадратный корень из 1 000 000), получит столько же излучения от аккретинового диска, сколько Земля получает на расстоянии 1 а.е. от Солнца. Гравитация черной дыры на расстоянии 1 000 а. Если мои расчеты верны.

И я думаю, что это сделает запретные области планет в обитаемой зоне намного меньше по абсолютному расстоянию и в относительных соотношениях, чем в нашей Солнечной системе, поэтому в обитаемой зоне должно поместиться гораздо больше планетарных орбит.

И, конечно, вы могли бы использовать разные массы черной дыры и разные светимости аккреционного диска.

Часть шестая: Еще одно предложение.

Вы не первый человек, пытающийся спроектировать солнечную систему с большим количеством пригодных для жизни планет.

Например, есть блог Шона Рэйомона на астрономические темы под названием PlanetPlanet. И в нем есть раздел под названием Ultimate Solar System с постами о проектировании звездных систем с максимально возможным количеством пригодных для жизни планет.

Вы можете найти все посты там интересными. Я думаю, что такие сообщения, как

https://planetplanet.net/2017/05/01/the-ultimate-retrograde-solar-system/

https://planetplanet.net/2017/05/03/the-ultimate-engineered-solar-system/

https://planetplanet.net/2018/05/30/the-black-hole-ultimate-solar-system/

И:

https://planetplanet.net/2018/06/01/the-million-earth-solar-system/

Особенно актуальны.

Я думаю, что если вы сможете решить различные проблемы, вы сможете спроектировать довольно правдоподобную с научной точки зрения систему с еще большим количеством пригодных для жизни планет, чем все, что было спроектировано Рэймондом.