Я пытаюсь создать вымышленную стабильную бинарную систему P-типа с газовым гигантом на стабильной орбите и обитаемой луной, похожей на Землю. « Вероятна ли планета размером с Юпитер в обитаемой зоне? » содержит интересную и полезную информацию о газовых гигантах в околозвездной обитаемой зоне системы, и « Может ли газовый гигант иметь свою собственную обитаемую зону? ” имеет некоторую хорошую информацию о потенциале газового гиганта, имеющего собственную обитаемую зону, отдельную от околозвездной обитаемой зоны.
В рамках ограничений этой вымышленной системы у меня есть обитаемая зона, простирающаяся от 1,976 а.е. до 2,808 а.е., и следующие соображения.
Газовому гиганту потребуется стабильная магнитосфера. Юпитер и Сатурн могут быть полезными примерами.
Масса Луны должна быть достаточно велика, чтобы поддерживать атмосферу. В данном случае азотно-кислородная атмосфера. Подсчитано, что луне с плотностью, подобной Марсу, потребуется не менее 7% массы Земли, чтобы поддерживать такую атмосферу в течение нескольких миллиардов лет.
И газовый гигант, и обитаемая луна должны поддерживать стабильную орбиту. Моделирование предполагает, что для поддержания стабильной орбиты газового гиганта или коричневого карлика, который вращается на расстоянии 1 а.е. от солнцеподобной звезды, потребуется период обращения Луны менее 45–60 дней.
Сама Луна должна быть способна генерировать собственную магнитосферу, чтобы отклонять звездный ветер и естественно созданные радиационные пояса газовых гигантов.
Существует высокая вероятность того, что Луна будет заблокирована приливом со своим родительским миром. Монодж Джоши, Роберт Хаберле и их коллеги предполагают, что эффект приливного нагрева может поддерживать условия, пригодные для жизни. Кроме того, приливные эффекты могут способствовать тектонике плит, вызывая вулканическую активность и регулирование температуры поверхности Луны. Потенциал, возникающий в результате эффекта геодинамо, позволил бы создать сильное магнитное поле.
Баланс: Луна должна быть достаточно большой, чтобы поддерживать тектоническую активность, достаточно плотной, чтобы поддерживать сильную защитную магнитосферу, достаточно близко к газовому гиганту, чтобы поддерживать стабильную орбиту, и быть достаточно далеко, чтобы ее собственная магнитосфера могла лучше защитить от распыления, вызванного радиационные пояса его родительских миров.
Предполагается, что чем больше и плотнее земной, богатый водой мир, тем дальше простирается его обитаемая зона.
Луна не обязательно должна быть аналогом Земли, и ее можно просто продемонстрировать как пригодную для жизни человека.
Газовый гигант не обязательно должен находиться в пределах обитаемой зоны и может охватывать внешние пределы околозвездной обитаемой зоны или находиться дальше, если можно будет продемонстрировать, что вращающаяся вокруг Луна может реально поддерживать человеческую жизнь без помощи технологий. т.е. Робин Крузо мог застрять на Луне и выжить.
Готовы к веселой части?
Если луна земной группы должна быть определенного размера, чтобы проявлять тектоническую активность на протяжении всей своей жизни, как показано в разнице между Землей и Венерой (Венера составляет около 85% размера Земли), тогда Луна размером с Землю (или больше) будет быть предпочтительным.
Насколько я понимаю , эта статья предполагает, что мир такого размера не мог бы образоваться в аккреционном диске газового гиганта (но я, возможно, неправильно понял), однако после миграции газового гиганта смешивание с внутренняя система и обломки внешней системы, показанные в моделировании, позволяют формировать земные миры, богатые водой. В документе, по крайней мере, предполагается, что более крупные тела могут быть захвачены и выведены на орбиту газовым гигантом.
Итак, скажем, наш газовый гигант мигрировал с морозной границы системы куда-то рядом с околозвездной обитаемой зоной, а потом, когда орбита начала стабилизироваться, начал формироваться новый земной мир. Его орбита привела его достаточно близко к газовому гиганту, чтобы его втянули на орбиту планеты, и со временем их взаимные орбиты стабилизировались.
Как я могу выяснить, насколько большим должен быть газовый гигант, чтобы захватить эту луну и установить стабильную орбиту?
Приливная блокировка Луны может быть проблемой, но также может быть компенсирована ее орбитой вокруг газового гиганта. Как я могу определить, как далеко Луне нужно будет вращаться вокруг газового гиганта, чтобы не быть заблокированной приливами? В этой теме есть несколько интересных моментов.
Вот моя гипотеза.
Газовый гигант охватывает внешние пределы околозвездной обитаемой зоны таким образом, что захваченная луна проходит через околозвездную обитаемую зону при каждом обороте. Размер Луны достаточно велик для тектонической активности, которой, в свою очередь, могут способствовать гравитационные силы ее матери. Луна также достаточно плотная, с ядром из железа и никеля, чтобы создать сильную магнитосферу, которой, в свою очередь, способствует тектоническая активность. На приливные силы влияет гравитационное притяжение главной звезды по всей орбите луны. Сохранение мира достаточно теплым, чтобы поддерживать жидкую воду, я не думаю, что это будет проблемой, и вместо этого будет вопросом достижения баланса между орбитальным расстоянием между главной звездой и звездой системы.
Я чувствую, что мне не хватает нескольких вещей. Что вы думаете о том, как я могу разработать жизнеспособную, обитаемую луну в этом сценарии?
Первоначально я спрашивал об этом в разделе «Астрономия », но вместо этого мне предложили задать вопрос здесь, в разделе «Строительство мира».
Давайте разберемся с некоторыми факторами.
Светимость
Вы указали радиус внутреннего края обитаемой зоны как 1,976 а.е., а внешнего края как 2,808 а.е. Отсюда мы можем вычислить светимость звезды. В планетарной биологии есть объяснение, как это сделать . Формулы
масса
Соотношение массы и светимости может сказать нам массы звезд. это
Орбитальный период газового гиганта
Третий закон Кеплера говорит нам, что
Орбитальный радиус Луны
Здесь мы просто идем в обратном направлении. Однако нам нужна масса газового гиганта, поэтому, исходя из графика ответа TimB здесь , я выберу около 5 масс Юпитера или килограммы. Период будет между указанными вами значениями, то есть около 52,5 дней, что составляет секунды. Ставим все это и получаем
Эта установка системы кажется жизнеспособной, если вы переместите Луну ближе к газовому гиганту, дав ей меньший период обращения.
Приливная блокировка
Формула времени, необходимого спутнику для приливной фиксации , выглядит следующим образом:
Как я могу определить, как далеко Луне нужно будет вращаться вокруг газового гиганта, чтобы не быть заблокированной приливами?
Приливная блокировка произойдет в какой-то момент времени. Вы не можете обойти это.
Приливные силы также будут проблематичными, потому что луны, вращающиеся вокруг газовых гигантов, вероятно, будут испытывать приливные силы настолько сильные, что приливное нагревание может сделать луну непригодной для жизни (см. Heller & Barnes (2013) ).
Захват - Исправления
В своем исходном посте я наивно сказал, что есть куча сценариев, при которых возможен захват. Это, как указал Хоп-Дэвид, вопиющая ложь, потому что планета будет двигаться по гиперболической орбите относительно газового гиганта и поэтому довольно легко ускользнет от его притяжения.
Значит, его орбита должна как-то измениться.
Я бы предложил взаимодействие с другим телом, предпочтительно с другим газовым гигантом. Это может изменить его орбиту таким образом, что возможен гравитационный захват первоначальным газовым гигантом. Без такого взаимодействия планета просто унесется прочь.
Раздел о свойствах Луны
Это может быть похоже на список, но это лучшее, что я могу сделать.
Изображение предоставлено пользователем Википедии Cmglee под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported .
Кроме того, максимальная масса Луны связана с массой родительской планеты, а это означает, что для более массивной Луны вам понадобится гораздо более массивный газовый гигант, чтобы она могла двигаться по орбите.
Вы можете объяснить это несколькими факторами:
Слабый солнечный ветер на таком расстоянии от Солнца.
У вас есть расстояние, слабый звездный ветер и наличие газового гиганта и его магнитосферы. Итак, вы действительно хотите нацелиться на массу, подобную массе Титана, на килограммы.
Размер: Вы не хотите ничего слишком крошечного, потому что плотность такого тела намного больше, чем ожидалось. И наоборот, вам не нужно ничего слишком большого, потому что гравитация на поверхности будет слабее, чем вам хотелось бы. Так что идите к поверхностному ускорению, возможно, - вдвое меньше, чем на Земле. Вы можете вычислить свой средний радиус, используя
Композиция: вам не нужна окружающая среда, враждебная жизни, поэтому, возможно, было бы лучше максимально имитировать Землю. Выбирайте силикатные материалы для внешних слоев, но помните, что для сердцевины должны быть никель и железо. Они могут помочь создать магнитосферу этой луны — важнейший компонент для сохранения атмосферы. Отсутствие у Марса магнитосферы способствовало тому, что он медленно терял свою атмосферу.
Скорость объекта относительно звезды определяется уравнением Vis Viva :
Где a = большая полуось эллипса, GM = гравитационная постоянная, умноженная на массу звезды, r = расстояние от центра звезды.
Предположительно тело размером с Землю и газовый гигант на своих звездоцентрированных орбитах будут иметь разные значения большой полуоси. Когда они пересекают орбиты, они оба находятся на одинаковом расстоянии от звезды, поэтому мы можем использовать одно и то же значение r для луны и газового гиганта, когда они пересекают орбиты. Таким образом, они будут иметь разные скорости относительно центральной звезды. Их орбиты также, вероятно, пересекались бы под углом. Вот картинка:
Разница скоростей на их звездоцентрированных орбитах показана красным цветом. Я назову скорость, указанную красным . Вот объяснение Винф
Когда приближающееся тело входит в сферу влияния газового гиганта, преобладающее влияние оказывает гравитация большой планеты, поэтому больше нет смысла моделировать траекторию в виде эллипса вокруг звезды. Теперь траектория Луны лучше моделируется как гипербола вокруг газового гиганта.
Если тогда скорость приближающегося тела превысит скорость убегания газового гиганта. Если тогда скорость налетающего тела будет равна скорости убегания, а орбита будет параболической.
Если, кроме гравитации звезды и газового гиганта, не будет другого влияния, прилетающее тело с другой орбиты не будет захвачено газовым гигантом.
Возможны и другие воздействия. Если у газового гиганта уже есть луны, столкновения или повороты могут снизить скорость приближающегося тела по отношению к газовому гиганту. Или если луна пройдет через верхние слои атмосферы газового гиганта и потеряет скорость из-за аэродинамического торможения.
Крупные стабильные спутники, вероятно, должны были образоваться по соседству с газовым гигантом во время аккреции протопланетного диска. См . статью в Википедии о формировании и происхождении спутников Юпитера .
Этот сценарий, по-видимому, охватывает большинство факторов, хотя мое прочтение цитируемой вами статьи « Линии водяного льда и формирование гигантских лун вокруг сверхюпитерианских планет » указывает на то, что образование подобных лун не так уж и маловероятно, просто планете-сверхюпитеру необходимо было бы мигрировать на более близкую солнечную орбиту со своими спутниками, которая, скорее всего, сохранилась бы.
Приливная блокировка зависит от расстояния и массы. Чем больше масса и расстояние, тем меньше влияние гравитационных приливов на вращение Луны и, следовательно, тем дольше период, необходимый для ее вращения до синхронного периода вращения. Луна размером с Землю может иметь несинхронный период вращения. Вам нужно определить период, в течение которого жизнь развилась или возникла из-за своего рода панспермии, чтобы определить вероятность приливной блокировки к тому времени, когда ваш мир станет центром вашей истории.
Конечно, в такой системе вы получите тектонику плит. Кроме того, сверхюпитерианская планета, затмевающая солнце (солнца), могла бы обеспечить основной сезонный фактор, вероятно, больший, чем любое обстоятельство наклона оси или положения двойной звезды. Однако, поскольку планета-суперюпитер, вероятно, является коричневым карликом, этот фактор может быть не таким серьезным, поскольку ИК-излучение коричневого карлика может обеспечивать некоторый минимальный нагрев, предотвращая быстрое или полное замерзание.
Вполне вероятно, что такой мир мог бы быть пригоден для проживания людей, хотя и с серьезными сезонными колебаниями климата, связанными с положением Луны относительно планеты сверхъестественного и основных звезд.
бкрист
утконос
М.А. Голдинг