Durchschnittliche Anzahl und Art der Planeten, die bestimmte Sternarten umkreisen

Ich habe ein bisschen mit diesem gerungen, aber da es keine wirklich wissenschaftliche Antwort darauf gibt, ist es am besten, sich die 6 oder 8 bekanntesten anderen Sonnensysteme anzusehen und darauf aufzubauen. Es gibt keine richtige Antwort, daher ist ein auf Beweisen basierender Ansatz wahrscheinlich der richtige Weg.

Oder, wenn Sie es auf Unsinn stützen wollen, aber beeindruckend klingen, könnten Sie das Titius-Bode-Gesetz verwenden . Aber ich denke, das ist eine schlechte Idee, es sei denn, die Wanderung großer Gasriesen auf Planeten wird auf ein Minimum beschränkt, weil ein wandernder Jupiter dieses "Gesetz" zu Hackfleisch machen würde.

Die am einfachsten zu findenden Exoplaneten sind Planeten mit kurzen Umlaufbahnen und die Sterne, die wir am einfachsten finden können, sind kleinere Sterne.

Mit diesen Einschränkungen Ihrer Sicht, da große Planeten leichter zu sehen sind, ist es schwer zu sagen, wie viele kleinere da draußen sind oder wie viele Planeten von ihrem Stern entfernt sind. Es gibt im Grunde keine Informationen, auf denen man in Bezug auf diese 2 Punkte aufbauen könnte.

Ein paar allgemeine Dinge, nur zum Spaß.

Gesteinsplaneten wie die 4 inneren Planeten in unserem Sonnensystem bilden sich innerhalb der Frostlinie . Diese Planeten sind prozentual sehr wasserarm. Nun, Sie könnten auf die Erde schauen und sagen: "Es gibt Tonnen von Wasser auf der Erde", aber das ist wirklich nicht der Fall, zumindest nicht in Bezug auf das Verhältnis von Wasser zu Silikat. Ein Großteil des Wassers der Erde befindet sich an der Oberfläche, also sehen wir viel Wasser, aber die Erde besteht im Wesentlichen aus Eisen, Nickel und Silikaten mit weniger als 1/3 von 1 % Wasser nach Volumen (noch weniger nach Masse). Nach Volumen (unter Verwendung der Kugel mit 860 Meilen Durchmesser, die unten und aus diesem Artikel abgebildet ist ). Erde ist etwa 1 Teil in 800 Wasser nach Volumen.

Es kann so viel oder mehr Wasser im Erdmantel eingeschlossen sein als in den Ozeanen, also könnte das Verhältnis näher bei 1 Teil zu 400 oder so ungefähr liegen, aber der Punkt bleibt derselbe. Wenn die Erde zu 0,25 Volumenprozent aus Wasser besteht, besteht sie hauptsächlich aus Stoffen, die kein Wasser sind.

Im Vergleich dazu kann Ceres bis zu 25 % Wasser enthalten. Siehe hier und hier . Das ist das 100-fache des Verhältnisses von Wasser zu Trockenmaterial. Außerhalb der Frost-Linie werden Sie sehr unterschiedliche Arten von Planeten bekommen.

Im Laufe der Zeit müssen Sie atmosphärische Veränderungen berechnen, welche Planeten ihre Atmosphäre verlieren und welche Planeten sich wie ein Treibhaus aufheizen werden.

Nehmen wir nun 3 Arten von Sternen, einen mit 1 Sonnenmasse wie unsere Sonne, einen mit 0,4 Sonnenmassen (roter Zwerg) und einen mit 2,5 Sonnenmassen (sehr heller Stern).

Unsere Sonne hat eine Lebensdauer von etwa 10 Milliarden Jahren und eine Frostgrenze, die derzeit bei etwa 2,7 astronomischen Einheiten (ungefähr Ceres-Abstand von der Sonne) liegt, aber als die Sonne jung war und sich die Planeten bildeten, war unsere Sonne etwa 30 % kleiner leuchtend, also wäre die Frostlinie (0,7) ^ 0,5 * 2,7 oder etwa 2,2 AE gewesen. Nun haben verschiedene gefrorene Gase unterschiedliche Frostlinien, aber das ist nur eine Annäherung. Die Tatsache, dass Ceres zu etwa 25 % aus Wasser besteht, obwohl es Wasser an den leeren Raum verliert, deutet darauf hin, dass es sich außerhalb der Frostgrenze gebildet hat, wo reichlich gefrorenes Wasser vorhanden war. Ceres ist nur ein Beispiel. Alle großen Monde der äußeren Planeten sind ebenfalls Eis- und Gesteinsgemische.

Nehmen wir also unseren Roten Zwerg mit 0,4 Sonnenmassen – ein sehr häufiger Sterntyp. Seine Leuchtkraft (0,4) ^ 4. Potenz ist etwa 1/39 so hell, also wäre seine Frostgrenze etwas mehr als sechsmal näher, weniger als 0,4 AE. Bei geringerer Gravitation hätte es zum Zeitpunkt der Entstehung möglicherweise keine viel kleinere Scheibe aus spiralförmiger Materie, sodass sich wahrscheinlich ein viel größerer Prozentsatz des Materials, das das Sonnensystem unseres Roten Zwergs bildet, außerhalb der Frostgrenze bilden würde, was bedeuten würde, dass es weniger sind 99 % trockene Felsenwelten und mehr nasse (25 % Wasser) Welten. Wir haben viele solcher Welten in unserem Sonnensystem, aber sie sind alle Monde oder Zwergplaneten. Ceres, Ganymed, Europa, Titan, Triton und viele andere sind eisige Gesteinsgemische, die sich jenseits der Frostgrenze unseres Sonnensystems gebildet haben.

Viele der von Kepler beobachteten Exoplaneten haben eine Dichte, die auf „Wasserwelten“ hindeutet, von denen viele größer als die Erde sind. Dies passt zum Argument des Roten Zwergs, näher an der Frostgrenze. Wir haben keine Möglichkeit zu wissen, wie viele felsige Welten kleinere Sterne haben, aber ich denke, es ist eine sichere Wette, dass sie einen geringeren Anteil von 99% oder mehr Welten aus trockener Materie wie unsere 4 inneren Planeten haben, einfach wegen der kleineren Zone innerhalb des Frosts. Linie.

Das Gegenteil gilt für den Stern mit 2,5 Sonnenmassen. Es hat auch eine kurze Lebensdauer von 10 Milliarden / (2,5) ^ 3 oder etwa 640 Millionen Jahren, sodass die Planeten weniger Zeit haben, sich zu bilden, frühe Bombardierungen zu überwinden und abzukühlen. Und die Frostgrenze für unseren Stern mit 2,5 Sonnenmassen würde etwa 14 AE betragen, wenn sich der Stern in seinem frühen Leben befindet, etwa 6-mal weiter als die Frostgrenze in unserem Sonnensystem, also ist das wahrscheinlich eine viel größere "trockene" Region zur Planetenbildung. Sie erhalten wahrscheinlich einen höheren Prozentsatz an felsigen Welten um größere Sterne herum, sodass ein Stern, der 1,5 oder doppelt so hell ist wie unsere Sonne (theoretisch) 6 oder 8 felsige Welten unterschiedlicher Größe haben könnte, die von heiß bis kalt reichen. Zumindest denke ich, dass dies der Fall sein könnte, obwohl ich mir ziemlich sicher bin, dass dies noch nie beobachtet wurde.

Gasriesen sind ziemlich einfach in der Natur. Alles, was ein Gasriese braucht, um sich zu bilden, ist eine ausreichende Schwerkraft, um seinen Wasserstoff und sein Helium zurückzuhalten, und eine Wasserstoff- und Heliumquelle, um sie zu sammeln. Es ist wahrscheinlicher, dass sich ein Gasriese außerhalb der Frostgrenze bildet, aber es gibt keinen Grund, warum sich kein Gasriese innerhalb der Frostgrenze bilden könnte. Sie bräuchten etwa 8 Erdmassen einer felsigen Welt bei Erdtemperaturen, um eine ausreichend hohe Fluchtgeschwindigkeit zu haben, damit sie Wasserstoff und Helium zurückhalten und theoretisch zu einem Gasriesen heranwachsen könnte, aber weiter vom Stern entfernt, wo es weniger Sonnenwärme gibt , sinkt die Menge an benötigter Masse mit kühleren Oberflächentemperaturen, und mit der zusätzlichen Eismasse außerhalb der Frostgrenze ist es für Gasriesen wahrscheinlich viel einfacher, sich außerhalb der Frostgrenze zu bilden als innerhalb.

Das nächste, was zu berücksichtigen ist, ist die planetarische Migration .

Nehmen Sie zum Beispiel unser Sonnensystem. Es gibt eine Theorie, dass sich Neptun und Uranus innerhalb von Jupiter und Saturn gebildet haben könnten, aber Jupiter und Saturn zogen sie nach außen, als sie sich nach innen zogen, vielleicht weil es im frühen Sonnensystem eine Periode gab, in der Jupiter und Saturn in Resonanz waren.

Es ist auch möglich, dass es ursprünglich 3 große Gasriesenplaneten in unserem Sonnensystem gab. (ohne Neptun und Uranus als "große" Gasriesen zu zählen). Das Modell der 3 Gasriesen hilft, die Entstehung und den Wassergehalt der 4 inneren Planeten zu erklären.

Und es wird auch angenommen, dass Jupiter nach innen zur Sonne wanderte und dann wieder nach außen. Wenn Jupiter weiter nach innen gewandert wäre, was bei mehreren beobachteten heißen Jupiterplaneten der Fall sein könnte, dann ist nicht abzusehen, was mit den inneren Planeten passiert wäre, die vielleicht in alle Richtungen verstreut, einige aus dem Sonnensystem herausgedrückt wurden zu nah an der Sonne oder vom wandernden heißen Jupiter verschluckt. Ein wandernder heißer Jupiter würde kleinere innere Planeten verwüsten, wenn sie Umlaufbahnen kreuzten.

So wie es aussieht, könnte unser eigener Jupiter einen großen Gasriesenplaneten vollständig aus dem Sonnensystem geschleudert und vielleicht Neptun und Uranus dazu gebracht haben, die Plätze zu wechseln. (All dies ist nur eine auf numerischen Modellen basierende Hypothese, aber es wurden mehrere Artikel über diese Ideen geschrieben).

Hier ist ein sehr cooles Video , wenn Sie etwas Zeit haben, das Modelle zur Planetenentstehung auf "Sol"-ähnlichen Systemen ausführt, die Planetengröße und -position abschätzen und angeben, wie viel Wasser die inneren Planeten wahrscheinlich von Kometen erhalten. Es wird angenommen, dass die Erde den größten Teil ihres Wassers von Kometen und Asteroiden erhielt, hauptsächlich dank Jupiters Wanderungen.

Wenn Sie zu ungefähr 20 Minuten und 40 Sekunden vorspringen, werden Sie sehen, dass er mehrere verschiedene Szenarien zur Planetenentstehung mit verschiedenen Kombinationen von Gasriesen computermodelliert hat. Das Diagramm zeigt die Exzentrizität auf der y-Achse und die Entfernung vom Stern auf der x-Achse. Wenn die Exzentrizität auf eins geht (oben auf der y-Achse), wird das Objekt entweder aus dem Sonnensystem herausgeschickt oder nahe genug an der Sonne, um verdampft zu werden, also verlassen im Grunde die Punkte, die Sie nach oben und aus dem Diagramm fliegen sehen, das Sonnensystem auf die eine oder andere Weise.

Natürlich gibt es noch andere Faktoren, meist Unbekannte, wie zum Beispiel, wie viel Material wahrscheinlich für die Planetenbildung verfügbar sein wird, wenn sich eine Wolke aus Materie zu einem Sonnensystem formt. Unsere Sonne zum Beispiel macht ungefähr 99,8 % der Masse des Sonnensystems aus, wobei nur 0,2 % all das andere Zeug ausmachen, aber ich weiß es nicht und ich glaube nicht, dass irgendjemand weiß, ob diese 0,2 % Standard sind. höher oder niedriger als der Durchschnitt, und wie große Sterne andere Verhältnisse haben könnten als kleinere, oder wie viel von dem Material, das in seinem jungen Leben von einem Stern abgeblasen wird, von seinem Umlauf eingefangen wird und Planeten bildet.

Es ist durchaus möglich, dass mehr Planetenmaterial zu größeren, aber weniger Planeten führen kann, da größere Planeten dazu neigen, ein größeres Gebiet zu überstreichen, wo weniger Planetenmaterial auf demselben Gebiet tatsächlich mehr kleinere Planeten ergeben könnte, aber wie viele Planeten werden sich wahrscheinlich in einem bilden durchschnittliches Sternensystem, basierend auf der Größe des Sterns, ich glaube nicht, dass irgendjemand es weiß. Aber Vorhersagen können modelliert werden, was passiert, nachdem sich die Planeten gebildet haben.

Was Kepler uns sagen kann:

Die meisten roten Zwergsterne haben Planeten und mindestens 25 % haben Planeten in ihrer habitablen Zone. Quelle . (Rote Zwerge sind die Planeten, die am einfachsten zu betrachten und nach Sternen zu suchen sind).

Aus dem Artikel:

Die neuen Funde implizieren, dass praktisch alle Roten Zwerge in der gesamten Milchstraße Planeten haben, und mindestens 25 Prozent dieser Sterne in der Nachbarschaft der Sonne beherbergen bewohnbare „Supererden“, sagten Forscher.

Ein einfaches (2-5 innen, 3-5 außen) reicht nicht aus, wenn Sie nach Genauigkeit suchen, aber Sie können möglicherweise einige Modelle ausführen, je nachdem, wie viel Sie (zufällig) entscheiden, dass sich die Gasriesen bewegen herum und wie viel Material Sie zufällig den Planeten geben. Schwerere Planeten würden mehr Platz um sich herum benötigen.

Was den Bergbau betrifft. Venus wäre ein Albtraum – zu sauer. Wasserwelten fände ich schrecklich. Keine solide Plattform, auf der man aufbauen kann. Eiswelten auch nicht toll. Planeten mit vergangener vulkanischer Aktivität wären ideal und kleinere Planeten sind wahrscheinlich am besten, da der größte Teil der Energie beim Bergbau wahrscheinlich dafür verwendet wird, das Material in den Weltraum zu heben, nicht wirklich für den Bergbauteil. Kleinere Planeten könnten leichter einen Weltraumaufzug bauen. Mars (Vulkane), vielleicht Merkur, wären wahrscheinlich die besten Abbauplaneten in unserem Sonnensystem, es sei denn, Sie bauen nach 3-HE ab, in diesem Fall würde ich mir die Gasriesen ansehen. Der Mond ist (glaube ich) ein schrecklicher Ort, um 3-HE abzubauen, er hat so wenig davon, aber der Vorteil des Mondes ist, dass er nah ist.

Alles in allem würde ich einfach 6 oder 8 ziemlich gut untersuchte Sonnensysteme nachschlagen und auf der Grundlage dieser bauen, etwas gesunden Menschenverstand hinzufügen, als würde ein heißer Jupiter die Hälfte der kleineren Planeten entfernen, und damit weitermachen, weil es keinen wirklichen gibt Wissen über die wahrscheinlichsten Szenarien und Wahrscheinlichkeiten.

Zu lang? / zu viele Vermutungen?. Ich denke viel über Exoplaneten nach. Es ist eines meiner Lieblingsthemen. Ich freue mich sehr auf den Start des James-Webb-Teleskops.