Как устроена похожая на Землю планета с обитаемой луной и как туда добраться?

Для планеты, в 3,5 раза превышающей объем Земли и в 3,5 раза превышающей ее массу, сила тяжести на поверхности составит 1,52g.

Ранее я обсуждал уравнение поверхностной гравитации. Просто отметьте для собственных расчетов, что 3,5-кратный объем примерно в 1,52-кратном радиусе. Итак, если вы хотите работать с объемами, вы можете умножить член радиуса на кубический корень из скаляра объема, который вы хотите.

Основное уравнение гравитации на поверхности:

Для планеты с массой в 3,5 раза больше и объемом в 3,5 раза :

Обитаемость Луны-

Как вы уже сказали, об обитаемости Луны заботятся в других вопросах . Также ответ Jim2B описывает некоторые основные характеристики.

Как добраться с вашей массивной планеты на обитаемую луну-

Что касается попадания туда, они могут использовать химические ракеты, как и мы.

Я предполагаю, что вы хотите знать, будет ли более высокая гравитация родной планеты сдерживать запуск с нее. Есть несколько связанный вопрос по физике SE . По крайней мере, это относится к тому, что я предполагаю в основе вашего вопроса. Попасть в космос с поверхности планеты с гравитацией в 1,52-1,76 раза больше земной не невозможно, но сложнее. Им потребуются очень эффективные ракеты, чтобы преодолеть ракетное уравнение . Или, как снова указал Jim2B , альтернатива ракетному движению.

Каков минимальный размер обитаемого тела (луны)?
Позвольте мне сделать следующие предположения:

1. Температура ~ Земля
2. Плотность Луны ~ Земля
3. Чтобы быть пригодным для жизни, спутник должен сохранять воду в виде атмосферного газа.
4. Основным механизмом атмосферных потерь является побег Джин (для этого требуется умеренно сильное магнитное поле).

Основываясь на этих предположениях, спутник должен иметь массу примерно в 3 раза больше массы Марса ~ 33% от массы Земли ~ 10% массы вашей планеты И все еще иметь хотя бы частичное жидкое железное ядро.

Предположения о плотности и магнитном поле усиливают друг друга, поскольку спутник, вероятно, имеет железное ядро ​​слишком большого размера, что увеличивает плотность и вероятность того, что часть этого ядра останется жидкой.

Вы, вероятно, хотите, чтобы расстояние между планетой и Луной было больше, чем между Землей и Луной, иначе вы получите огромные приливы и приливные блокировки, которые уменьшат силу магнитного поля.

Я предоставлю математические детали позже, когда позволит время.

Насколько сложно будет запускать ракеты с планеты?
Ракетная техника, необходимая для побега с вашей планеты, будет чертовски сложной. Я считаю, что Земля находится на грани повседневной практичности химической ракетной техники. Мы можем это сделать, но это настолько сложно/дорого, что мы резервируем его только для очень ценных/редких миссий.

В вашем случае тоже можно использовать химическую ракетную технику, она только увеличивает сложность и еще больше снижает полезную нагрузку.

Какой тип космического корабля вы могли бы использовать для запуска с планеты?
Вы захотите использовать что-то вроде ядерно-импульсного двигателя с высоким импульсом и тягой или, возможно, один из неракетных методов космического запуска, такой как световая газовая пушка или таранный ускоритель , который не заставляет вас тащить свое топливо с собой.

Условия между двумя телами могут быть очень разными, и жизнь тоже может быть очень разной. В ранние сроки после образования малое тело было более земным, как и наш собственный Марс . Два тела обмениваются материалом , так что жизнь зародилась на обоих. Но по мере того, как Луна менялась, ранняя жизнь эволюционировала, чтобы приспособиться к совсем другим условиям. Начав с одного и того же запаса абиогенеза , жизнь на двух телах пошла разными путями задолго до того, как на землеподобном теле произошли фотосинтез и эндосимбиоз, и клетки пошли разными путями на (нагретой) марсоподобной луне, поскольку она потеряла свою поверхностную воду и атмосфера.

Я воображаю, что вместо зеленых листьев, пласты черной слизи, заполняющие моря , которые химически собирают энергию от резкого излучения, в верхних слоях бесклеточной протоплазмы , которая переворачивается, чтобы циркулировать активированные химические вещества к «живым» частям ниже.

Более сложная жизнь включает водоросли (гигантские клетки) и массивный уровень эндосимбиоза , а не только эукариот . Полуавтономные органеллы находятся в закрытом мешке и могут менять функциональные части, в том числе различные прирученные прокариоты (такие как митохондрии), которые нашли разные приемы для переработки различных минералов и других ресурсов. Питаясь слизью наверху, они пронизывают горные породы земной коры, добывая материалы и воду, чтобы сформировать экосистему.

Так что «обычные» пришельцы с большого тела, прибыв на свою луну, обнаруживают, что камни живые, и быстро находят способы их съесть.

Когда я был ребенком, я задавался вопросом, почему Супермену не нужно было носить скафандр на Земле, поскольку одним из объяснений его сверхсилы была гораздо меньшая гравитация на Земле, и людям пришлось бы носить скафандры, чтобы выжить на Луне, несмотря на разницу гравитации. этого недостаточно, чтобы сделать их такими же сильными, как Супермен.

И я довольно скептически относился к научно-фантастическим рассказам о том, что на Луне есть пригодная для дыхания атмосфера.

Когда мне было 12 лет, я прочитал «Тот, кто сжался» (« Удивительные истории» , август 1936 г.) Генри Хассе» и усомнился в сюжете, связанном с видом, мигрировавшим со своей родной планеты на ее Луну. Я очень скептически относился как к планете, так и к Луна естественно обитаема для одного вида.Во всем остальном «Тот, кто уменьшился» — запоминающаяся история — недавно мне приснился сон с вариацией этого сюжета .

В эпизоде ​​​​« Следующее поколение » «Хозяин» 13 мая 1991 г .:

ЛЕКА: Люди на наших лунах были в разладе с тех пор, как они мигрировали с нашей планеты пять веков назад. Нам на планете Они как двое ссорящихся детей. Мы пытаемся помочь уладить их споры, не принимая чью-либо сторону, но на этот раз теряемся.

Таким образом, пятьдесят пять лет спустя писатели все еще не беспокоились о том, что умные дети будут смеяться над ними за предположение, что вид, возникший на планете, может выжить на естественных обитаемых спутниках этой планеты. См. также обитаемые для баджорцев луны Баджора в Deep Space Nine .

Конечно, к тому времени идея терраформирования планет и лун, чтобы сделать их пригодными для жизни, была хорошо известна. См. Project Genesis в Wrath of Khan и «Home Soil». Так что, возможно, авторы «Воинства» предполагали, что люди Пелиар Зела должны были терраформировать свои луны, прежде чем заселять их.

Таким образом, я предполагаю, что вы можете столкнуться с проблемой номенклатуры. Называя большее тело планетой, а меньшее тело луной, некоторые читатели могут подумать, что оба мира не могут быть естественно обитаемыми для аборигенов большего мира — или для людей, если люди участвуют в истории.

Одна альтернатива состоит в том, чтобы описать два мира как двойную планету вместо планеты и луны. Но не планеты-близнецы, конечно.

Землю и Луну иногда описывали как двойную планету, а после открытия Харона Плутон и Харон часто описывали как двойную планету, а не как планету и ее луну. Таким образом, вы могли бы сделать так, чтобы некоторые из ваших персонажей обсуждали или спорили о том, является ли меньший мир луной или меньшей частью двойной планеты.

И, возможно, включить какой-то иронический аналог того, как в нашей Солнечной системе первые открытые астероиды, а позже и Плутон, считались планетами, а затем понижались в статусе.

Другим методом было бы, чтобы исследователи с планеты рассказали о том, как их люди мечтали, спорили и изучали возможность жизни на их Луне и вероятность того, что она может быть для них обитаемой. Укажите, что для людей того мира мечта, умершая более века назад для жителей Земли, является реальностью, и как это прекрасно для них. Сделайте это частично историей исполнения желаний для нас, землян.

Третий метод — и я думаю, вы должны использовать все три — это показать свою работу. Или, учитывая ваш вопрос, работу того, кого вы заставите делать расчеты за вас.

Проведите расчеты, чтобы показать, что самые маленькие и самые большие обитаемые миры могут отличаться по размеру настолько, чтобы их можно было описать как планету и ее луну или, поочередно, как миры-сестры (но не миры-близнецы) на двойной планете.

Я нашел обсуждение обитаемости экзолун, естественных спутников внесолнечных планет :

Минимальная масса экзолуны необходима для создания магнитного щита в масштабе миллиарда лет (Ms≳0,1M⊕; Tachinami et al., 2011); поддерживать плотную, долгоживущую атмосферу (Ms≳0,12M⊕; Williams et al., 1997; Kaltenegger, 2000); и стимулировать тектоническую активность (Ms≳0,23M⊕; Williams et al., 1997), которая необходима для поддержания тектоники плит и поддержания углеродно-силикатного цикла. Слабые внутренние динамо были обнаружены на Меркурии и Ганимеде (Gurnett et al., 1996; Kivelson et al., 1996), предполагая, что массы спутников> 0,25M⊕ будут достаточными для рассмотрения возможности обитаемости экзолуны. Однако этот нижний предел не является фиксированным числом. Дополнительные источники энергии, такие как радиогенный и приливный нагрев, а также влияние состава и структуры Луны, могут изменить предел в любом направлении. Верхний предел массы определяется тем фактом, что увеличение массы приводит к высокому давлению внутри планеты, что увеличивает вязкость мантии и снижает теплопередачу как в мантии, так и в ядре. Выше критической массы динамо сильно подавляется и становится слишком слабым, чтобы генерировать магнитное поле или поддерживать тектонику плит. Максимальную массу можно отнести к 2M⊕ (Gaidos et al., 2010; Noack and Breuer, 2011; Stamenković et al., 2011). Подводя итог этим условиям, мы ожидаем, что спутники с массой около Земли будут пригодны для жизни, и эти объекты могут быть обнаружены с помощью недавно начатого проекта «Охота за экзолунами с Кеплером» (HEK) (Kipping et al., 2012). что повысит вязкость мантии и понизит теплообмен как в мантии, так и в ядре. Выше критической массы динамо сильно подавляется и становится слишком слабым, чтобы генерировать магнитное поле или поддерживать тектонику плит. Максимальную массу можно отнести к 2M⊕ (Gaidos et al., 2010; Noack and Breuer, 2011; Stamenković et al., 2011). Подводя итог этим условиям, мы ожидаем, что спутники с массой около Земли будут пригодны для жизни, и эти объекты могут быть обнаружены с помощью недавно начатого проекта «Охота за экзолунами с Кеплером» (HEK) (Kipping et al., 2012). что повысит вязкость мантии и понизит теплообмен как в мантии, так и в ядре. Выше критической массы динамо сильно подавляется и становится слишком слабым, чтобы генерировать магнитное поле или поддерживать тектонику плит. Максимальную массу можно отнести к 2M⊕ (Gaidos et al., 2010; Noack and Breuer, 2011; Stamenković et al., 2011). Подводя итог этим условиям, мы ожидаем, что спутники с массой около Земли будут пригодны для жизни, и эти объекты могут быть обнаружены с помощью недавно начатого проекта «Охота за экзолунами с Кеплером» (HEK) (Kipping et al., 2012).

Это указывает на то, что минимальная масса меньшего мира составляет не менее 0,25 массы Земли, а максимальная масса большего мира - не более 2,0 массы Земли, что указывает на то, что разница в массе может почти в 8 раз превышать массу меньшего мира.

Поскольку планеты-сестры — или планета и луна — почти наверняка будут заблокированы приливами, обе будут вращаться вокруг своего центра масс с тем же периодом, что и их орбита. Дни обоих будут равны их месяцам.

Но чем быстрее вращается мир, тем больше вероятность того, что он создаст сильное магнитное поле, которое защитит внешнюю атмосферу от заряженных частиц. Таким образом, орбиты двух миров должны быть спроектированы так, чтобы дать им достаточно короткие месяцы и, следовательно, достаточно быстрое вращение.

Некоторые исследования предполагают, что даже очень медленное вращение может обеспечить существенное магнитное экранирование при условии, что конвекция в мантии планеты или спутника достаточно сильна (Olson and Christensen, 2006). В этом случае приливная блокировка не будет проблемой для магнитного экранирования.

(из https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3549631/ )

Если это правильно, это может значительно уменьшить необходимость делать орбиты как можно короче.

Обратите внимание, что в статье обсуждается обитаемость экзолун, вращающихся вокруг газовых гигантских экзопланет в обитаемых зонах их звезд (вращающихся вокруг «горячих юпитеров»), а не экзолун, вращающихся вокруг земноподобных планет, что может немного изменить некоторые расчеты.

вам нужно будет рассчитать как гравитацию на поверхности, так и скорость убегания обоих миров. Общеизвестно, что длительное воздействие микрогравитации или невесомости околоземной орбиты вызывает проблемы со здоровьем у людей-астронавтов. Неизвестно, окажет ли, например, длительное воздействие более низкой гравитации Марса такое же влияние на здоровье человека.

Таким образом, вы можете выбрать:

1. Не обращайте внимания на последствия низкой гравитации для здоровья ваших аборигенов планеты.

2. Пусть их ученые используют центрифуги, установленные для имитации гравитации их Луны на их орбитальной космической станции, и обнаружат, что коренные жители планеты не страдают от каких-либо плохих последствий от длительного воздействия на нее.

3. Пусть персонажи с планеты ненадолго останавливаются на своей луне.

4. Включите космический корабль с центрифугами, чтобы имитировать гравитацию своей планеты.

5. Пусть персонажи предпримут другие меры предосторожности против долгосрочных последствий низкой гравитации, как это делают земные астронавты во время длительного пребывания на космических станциях.

6. Пусть персонажи обнаружат проблему во время длительного пребывания на их луне и узнают, что им нужно немедленно вернуться домой, желательно, когда по другим причинам это наименее возможно или нежелательно.

7. Имеют ли планета и луна очень схожую поверхностную гравитацию, несмотря на различия в их размерах и массах, так что неудивительно, что коренные жители планеты не страдают от незначительной разницы в поверхностной гравитации.

Или некоторая комбинация двух или более из вышеперечисленных.

Если вы сделаете два очень непохожих мира с одинаковыми гравитационными поверхностями, несмотря на очень разные массы и диаметры, они должны будут иметь разную плотность, несмотря на то, что для земных миров существуют как верхний, так и нижний пределы плотности. Меньший мир должен быть более плотным, а больший мир должен быть менее плотным.

Оба мира должны будут иметь достаточно высокие скорости убегания, чтобы сохранять свои атмосферы в течение геологических промежутков времени. Скорость убегания большого мира должна быть настолько низкой, насколько это возможно, поскольку у Земли она определенно достаточно высока, чтобы сделать выход на орбиту и уход с нее очень трудным. Если сделать больший мир менее плотным (в практических пределах), то его скорость убегания будет как можно ниже.

У Youtuber Artifexian есть хорошая информация по этой теме, в которой он исследует звездную систему и построение планет с помощью уравнений (которые я в настоящее время компилирую в электронные таблицы для простоты использования).

Согласно видео Artifexian, масса, которую вы указали, велика ( 3,5 массы Земли — это абсолютный максимальный размер, который я бы использовал для создания обитаемого мира), и ваша луна должна быть меньше массы вашей планеты, но больше 0,25 массы Земли. . Это может превратить вашу планету и Луну в бинарную систему планет (как Плутон и Харон), поэтому при расчете таких вещей, как орбита, вам может понадобиться сначала найти барицентр двух тел.