Auswirkungen von Red Dwarf CME (Flare) auf das biologische Leben und die Atmosphäre

Ich habe einen Planeten, der einen Stern der M-Klasse (M3/M4) umkreist. Ich versuche herauszufinden, welche Auswirkungen das Abfackeln auf die Biosphäre des Planeten haben könnte.

Hintergrund: Wie einige von Ihnen vielleicht wissen, sind M-Klasse-Sterne für ihr kräftiges und kraftvolles Flaring (CMEs) bekannt. Es wird allgemein angenommen, dass dieses Abfackeln die meisten Planeten innerhalb der bewohnbaren Zone ihrer Atmosphäre auslöschen und einen Planeten leblos zurücklassen würde. Beim Durchstöbern von Forschungsarbeiten bin ich jedoch zu dem Schluss gekommen, dass Planeten, die ältere Sterne der M-Klasse umkreisen, insbesondere solche niedrigerer Klassen (M0, M1, M2, M3, M4), im Vergleich zu ihrer höheren Klasse wahrscheinlich eine stark gedämpfte Flare-Aktivität erfahren würden oder jüngere Brüder.

Das bietet mir also ein Fenster, um eine Welt mit einer blühenden Biosphäre zu schaffen.

Der Teil, mit dem ich am meisten Probleme habe, ist ... was bedeutet die verbleibende Fackelaktivität für das Leben auf dem Planeten? Die Fackeln sind zwar weniger stark, aber sie haben immer noch ein gewisses Maß an Strahlung (UV, Röntgenstrahlen usw.), die normalerweise nicht gut mit Leben oder Atmosphären spielt.

Meine Frage in vollem Umfang: Mit welchen Auswirkungen auf die Biosphäre muss ich angesichts des Ausmaßes des Abfackelns (siehe unten) rechnen? Wird die Atmosphäre periodisch in irgendeiner Form geschädigt? Werden diese und andere Effekte ausreichen, um während der stärksten Ausbrüche (Verhalten, anatomisch usw.) Anpassungsmaßnahmen zu erzwingen? Welche Bedingungen können sich aus diesem Abfackeln ergeben?

Details zu Flaring/Stern/Planet: Mein Stern ist alt. Wenn Sterne der M-Klasse altern, verlangsamt sich ihre Rotationsgeschwindigkeit, wodurch zunehmend schwächere Magnetfelder induziert werden, die ihre Flare-Aktivität allmählich dämpfen. Wie andere Sterne der M-Klasse dieser Art bedeutet dies jedoch nicht, dass es keine Flare-Aktivität gibt. Weit davon entfernt. Basierend auf Astrophysik-Papieren, die ich durchstöbert habe, scheint es, dass solche Sterne viele Giga-Jahre lang ein vernünftiges Maß an Flare-Aktivität aufrechterhalten können. Wir haben Flare-Daten für Stern GJ 4083, also habe ich diese als Modell für mein System verwendet und auf mehrere Quellen verwiesen, um die folgenden Daten zu sammeln (korrigieren Sie mich, wenn ich in die Irre gehe):

Zunächst einmal ist mein Planet im Allgemeinen erdähnlich : Ozeane, Kontinente, Sauerstoff- / Stickstoffatmosphäre, der ganze Kram. Die Atmosphäre hat etwa 3 bar und die Masse (und damit die Schwerkraft) etwas weniger. Es hat Tektonik, einen Kohlenstoffkreislauf und erfährt eine erhebliche Erwärmung durch Gezeiten. Das Magnetfeld meines Planeten wäre schwach. Im Bereich von 1/8 - 1/3 der Erde. Mein Planet ist nicht gezeitengebunden, sondern in einer 2:1-Orbitalresonanz. So erleben alle Punkte auf dem Planeten Tag/Nacht.

Andere Besonderheiten sind für die Frage wahrscheinlich nicht relevant, daher lasse ich sie weg.

Unsere Sonne (für den Kontext)

  • Eine regelmäßige "große" Eruption auf Sol (unserer Sonne) tritt ein- oder zweimal alle elf Jahre des Sonnenzyklus auf. Diese könnten 1E+32 Ekp(erg)* an der Macht sein.

  • Die Carrington Flare von 1859 (eine der stärksten aufgezeichneten Eruptionen unserer Sonne) wurde auf etwa 5.6E+32 Ekp(erg). Das ist 5,6-mal größer als die oben erwähnte Eruption des Sonnenzyklus und könnte etwa einmal im Jahrhundert auftreten.

  • Die Sonneneruption von 774 n. Chr. (die größte bekannte postulierte Eruption unserer Sonne) wird auf vielleicht 1.6E+34 Ekp(erg). Das ist 160-mal stärker als die Eruptionen, die Sie normalerweise auf dem Höhepunkt des 11-jährigen Sonnenzyklus unserer Sonne sehen. Das könnte eine einmal alle paar Jahrtausende auftretende Flare sein. Nach dem, was ich gelesen habe, könnte dies spürbare Auswirkungen auf die Biosphäre gehabt haben, einschließlich eines akuten Ozonabbaus.

    GJ 4083 (Mein Modelstar)

  • Über einen Zeitraum von mehreren Jahren waren die größten aufgezeichneten Fackeln von GJ 4083 etwa 1.6E+31 Ekp(erg)alle zwei Monate. In der Ferne umkreist mein Planet meinen Stern der M-Klasse, was einen empfangenen Fluss ergeben würde, der etwa viermal stärker ist als der Carrington-Flare von 1859.
  • Häufiger wird GJ 4083 Fackeln bis hinunter zu ausgeben 5E+30 Ekp(erg), die etwa einmal im Monat auftreten. In der Entfernung, die mein Planet umkreist, würde dies einen empfangenen Fluss ergeben, der etwas höher ist als der Carrington Flare von 1859.
  • Ich würde vermuten, dass GJ 4083 (und mein fiktiver Star, der darauf basiert) kleinere Fackeln aussendet, die häufiger auftreten (aber wir können sie nicht erkennen), und viel größere Fackeln, die in größeren Zeitspannen auftreten. Ich wäre nicht überrascht, wenn GJ 4083 alle paar Jahrhunderte oder Jahrtausende eine Monster-Eruption aussenden würde, die mit der Eruption der Erde von 774 n. Chr. Mithalten würde. Es gibt einfach keine Daten, um das eine oder andere zu sagen. Wenn Sie eine solide Antwort benötigen, gehen Sie davon aus, dass der Stern häufigere kleinere Eruptionen und sehr seltene Supereruptionen erfährt, genau wie unsere Sonne.

Wenn es hilft, können Sie gerne eine Flare-Aktivität / -Stärke von etwas weniger oder mehr als GJ 4083 postulieren. Das wäre sicherlich im Bereich des Möglichen.

Ekp (in erg) = Leuchtkraft des Sterns im Keplerband, multipliziert mit seiner äquivalenten Dauer. Einheit erg.

Verweise:

KEPLER FLARE. I. AKTIVE UND INAKTIVE M-ZWERGE – https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/797/2/121/meta#apj504475s3

Das Weltraumwetterereignis von 1859 erneut besucht: Grenzen extremer Aktivität https://www.swsc-journal.org/articles/swsc/pdf/2013/01/swsc130015.pdf

https://sohowww.nascom.nasa.gov/hotshots/X17/

Terrestrische Auswirkungen möglicher astrophysikalischer Quellen einer 774-775 n. Chr. Zunahme der 14C-Produktion https://arxiv.org/pdf/1302.1501.pdf

@Agrajag Das OP bedeutet eine Orbitalresonanz von 2: 1.
@a4android Das OP hat "eine Orbitalresonanz von 2: 1" angegeben, was er meint, muss ich noch entdecken - da keine anderen Körper im System erwähnt wurden, mit denen eine Resonanz auftreten könnte.
Entschuldigen Sie die Verwirrung. Eine Bahnresonanz von 2:1 bedeutet 2 Planetenumdrehungen pro 1 Umlaufbahn des Sterns. Zum Vergleich: Merkur befindet sich in einer Bahnresonanz von 3:2 (3 Umdrehungen pro 2 Bahnen). Planeten in hohen elliptischen Umlaufbahnen geraten eher in ganzzahlige Resonanzzustände als in 1:1-Gezeitensperren. Ich habe es nur erwähnt, um jede Vorstellung zu zerstreuen, dass es eine „dunkle“ und eine „helle“ Seite geben würde.
Toll, dachte ich mir schon vor dem googeln. Elliptische Umlaufbahn, habe ich das in Ihrer Frage nicht erwähnt?
@Agrajag Nein. Ich habe eine elliptische Umlaufbahn nicht erwähnt. Dachte nicht, dass es für die Frage der Fackeln relevant ist. Ich habe ein weiteres Detail hinzugefügt (Erde wie Planet), das den erforderlichen Kontext liefern sollte. Die anderen relevanten Informationen sind dort: Flare-Stärke + Frequenz. Ich denke das sollte reichen?
Soweit es mich betrifft, ist es ausreichend, aber für einen wissenschaftlich orientierten Nicht-Experten wie viele von uns gibt es eine Menge zu lesen. Wenn Sie eine qualitativ hochwertige Antwort wünschen, müssen Sie etwa 24/48 Stunden warten und möglicherweise rekrutieren einige der Fachseiten (Physik, AstronomieSE etc.). Ich bin aus und werde morgen GMT zurück sein.
Bevor er alt wurde, war der Star jung und aktiv. Wie ist es möglich, dass der Planet seine Atmosphäre behalten hat, basierend auf dem, was Sie sagen?
@L.Dutch Mehrere Möglichkeiten, darunter: 1. Der Planet behielt ursprünglich mehrere Gigajahre lang eine viel weiter von seinem Stern entfernte Umlaufbahn bei, wanderte jedoch nach einer Umlaufbahnwechselwirkung mit einem anderen Planeten, dem Partner-Doppelstern, nach innen (dies ist ein Doppelsternsystem). , oder ein vorbeiziehender stellarer Nachbar, 2. Der Planet verlor viel von seiner Atmosphäre, aber die Ausgasung füllte sie über Gigajahre wieder auf (möglicherweise angespornt durch erhebliche Gezeitenerwärmung), 3. Der Planet hatte ursprünglich eine riesige Atmosphäre, aber die wurde entfernt und was Übrig bleibt eine eher erdähnliche Atmosphäre.

Antworten (1)

Das Problem, das ich in Ihrer Frage sehe, ist die Annahme, dass ein erdähnlicher Planet eher weit entfernt von einem Roten Zwerg als näher bei ihm existieren würde, daher der Fokus auf Dämpfung.

Rote Zwerge sind größer, aber kälter als Sterne wie unsere eigenen. Infolgedessen müssen erdähnliche Planeten viel näher an der Sonne umkreisen , um ihre Temperatur zu halten. Wenn wir sagen, durchschnittlich 0,3 AE (oder 30 % der Entfernung zwischen Sonne und Erde), und wir gehen von Ihrem schwachen Magnetfeld aus, dann ist die Wahrscheinlichkeit, dass Leben existiert, bereits ziemlich gering. Je näher Sie der Sonne kommen, desto höher ist die Intensität der abgegebenen kosmischen Strahlung (die kühlere Sonne mildert dies etwas, aber bei 30% Entfernung haben Sie immer noch ein Problem), was bedeutet, dass ohne eine stärkereMagnetfeld, das Leben auf Ihrem Planeten wird kämpfen und die Wahrscheinlichkeit, dass Ihr Planet eine Atmosphäre aufrechterhalten kann, wird ebenfalls verringert. Das bedeutet, dass Ihr atmosphärischer Druck von 3 Bar und Ihr schwaches Magnetfeld wahrscheinlich nicht kompatibel sind, insbesondere angesichts des Alters des Sterns.

Wie würden CMEs also das Leben auf diesem Planeten beeinflussen? Nun, vorausgesetzt, dass dort überhaupt Leben existieren kann (was nicht garantiert ist), dann wird der CME aufgrund der Nähe katastrophal sein.

Ich bin der Ansicht, dass;

1) Ihr Planet könnte überhaupt nicht existieren,
2) wenn dies der Fall wäre, wäre das Leben darauf ziemlich zerbrechlich, und
3) CMEs wären wahrscheinlich der Tropfen, der das Fass zum Überlaufen bringt.

Denken Sie daran, dass Ihr Magnetfeld bereits gegen die grundlegende Sonnenstrahlung ankämpft. Wenn Sie also noch mehr Streit haben, wie bei einem CME, werden Sie feststellen, dass das Magnetfeld überwältigt ist.

Auf der hellen Seite (buchstäblich) wird die Aurora an den Polen (und möglicherweise über dem größten Teil des Planeten außer dem Äquator) spektakulär sein . Selbst wenn Leben ausgelöscht wurde, könnten Sie, wenn Sie über die Technologie verfügen, um vorherzusagen, wann die nächste CME fällig ist, eine magnetisch abgeschirmte Aussichtsplattform auf der Version Europas auf diesem Planeten schaffen und Tickets für die Lichtshow in der ganzen Galaxie verkaufen.

Dieser Planet mag Schwierigkeiten haben, Leben zu beherbergen, aber das schließt nicht aus, dass er ein echter Gewinnbringer ist.

Danke für die Antwort. Ich glaube, Sie irren sich in einigen Punkten, was Ihre Schlussfolgerung in Frage stellt. Wenn Sie diese Referenz en.wikipedia.org/wiki/Red_dwarf sehen , sehen Sie, dass ein Stern der M3-Klasse etwa 1/3 der Größe unserer Sonne und 1,5 % der Leuchtkraft hat. Abgesehen von jeglicher Flare-Aktivität geben Sterne der M-Klasse in ihrem Spektrum weit weniger hochintensive Strahlung ab als ein Stern der G-Klasse (wie Gamma-, Röntgenstrahlen usw.). Außerdem werden Magnetfelder nicht unbedingt benötigt, um eine Atmosphäre aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel hat die Venus eine monströse Atmosphäre und ein fast vernachlässigbares Feld.
Platzmangel ... Es scheint viele Faktoren bei der Aufrechterhaltung einer feuchten Stickstoff/Sauerstoff-Atmosphäre zu geben, nur einer der Faktoren ist die Photodissoziation von Wassermolekülen, die durch Sternwindeinschlag verursacht wird. Die Fluchtgeschwindigkeit (bestimmt durch die Masse) ist wahrscheinlich kritischer. Wie auch immer ... ein Planet in der habitablen Zone eines Sterns der M3-Klasse könnte für unsere Lebensform tatsächlich gastfreundlicher sein: weniger Strahlung, längere Lebensdauer usw. Das heißt, bevor Sie irgendwelche Flare-Aktivitäten einbeziehen. Die Beantwortung der Frage der Auswirkungen von bescheidenem Abfackeln auf die Biosphäre ist der Schwerpunkt meines Beitrags.
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