Gezeitengesperrter Planet, Wetter

Der einfachste Weg, den ich mir vorstellen kann, um einen gezeitengebundenen Planeten ohne extreme Temperaturunterschiede zwischen Tag- und Nachtseite zu erklären, wäre die Struktur und Dichte seiner Atmosphäre. Lassen Sie mich erklären:

Die Atmosphäre eines Planeten kann viele verschiedene Auswirkungen auf die Temperatur eines Planeten haben: hochdichte Atmosphären können einen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt haben , der den Planeten erheblich erwärmt; Die Atmosphäre hat auch den Vorteil, Winde zu erzeugen, die Temperaturen zwischen der heißeren und der kälteren Hälfte des Planeten zirkulieren lassen.

Aber es gibt eine Quintessenz: Die der Sonne zugewandte Seite wird heiß und die der Sonne abgewandte Seite wird kalt sein. Diese Tatsache lässt sich nicht wirklich vermeiden, da eine Seite ständig beheizt wird und die andere Seite kaum Wärme abbekommt. Sie könnten eine dichte Atmosphäre haben, aber das wird es einfach so machen, dass die nahe Seite sengend und unbewohnbar ist und die andere Seite einfach "weniger kalt" ist.

„Eine starke konstante Erwärmung eines Planeten auf der einen Seite kann verändern oder sogar kontrollieren, wie viel Verwitterung auf dem Planeten auftritt, was zu erheblichen und sogar instabilen Klimaänderungen führen kann. Diese dramatischen Klimaeffekte könnten einen Planeten hervorbringen, der ansonsten das Potenzial für Leben hätte stattdessen unbewohnbar sein."

Wenn Sie einen bewohnbaren Gezeitenplaneten haben wollen, könnten Sie:
- 1) einen mit einer dünnen erdähnlichen Atmosphäre haben, wo es eine bewohnbare Zone auf und nahe der Grenze zwischen der hellen und der dunklen Seite gibt. Dies würde jedoch bedeuten, dass die Sonne an diesen Orten immer sehr tief am Himmel und in der Nähe des Horizonts steht, wie bei einem konstanten Sonnenuntergang. Für diese Menschen wäre ein komplett blauer Himmel bizarr und fremd.
- 2) Menschen auf der heißeren Seite unterirdisch leben lassen oder komplizierte künstliche Systeme schaffen, die Menschen von extremen Temperaturen isolieren (z. B. eine riesige strukturierte Kuppel) - 3) dem Planeten ein gewisses Maß an
Libration verleihen. Dies bedeutet, dass es, obwohl es immer der Sonne zugewandt ist, hin und her "wackeln" würde, was eine größere Bandbreite an Temperaturschwankungen ergibt und möglicherweise die Wohnfläche vergrößert.

Sie können dieses Papier auch lesen , um weitere hilfreiche Informationen zu einem von den Gezeiten gesperrten Planeten zu erhalten.

Gezeitengebundene Planeten können bewohnbar sein

Tatsächlich ist ein gezeitenabhängiger Planet kein so großes Problem für die Bewohnbarkeit in Bezug auf das Klima. Sehen Sie sich an, was PlaSim für eine gezeitengebundene Erde mit einer Sonnenkonstante von generiert$1100\text{Wm}^{-2}$(echter Erdwert:$1360\text{Wm}^{-2}$). Beachten Sie, dass das Klima auf der Tagesseite ziemlich ähnlich ist: Die Region um den Pazifischen Ozean ist bewohnbar.

Der Atlantik endet ähnlich wie der Nordpol im Winter: ein paar Meter Eis bedeckt flüssiges Wasser darunter und Temperaturen rundherum$-30^{\circ}\text{C}$. Landmassen auf der kalten Seite können ziemlich kalt werden, scheint das Modell anzuzeigen$-110^{\circ}\text{C}$als minimale Durchschnittstemperatur. Eine interessante Beobachtung: Eine von den Gezeiten gesperrte Erde kann bis zu flüssiges Oberflächenwasser haben$950\text{Wm}^{-2}$, während die reale Erde darunter ein Schneeball ist$1200\text{Wm}^{-2}$und würde mehr CO ₂ benötigen , um bewohnbar zu sein.

Was passiert hier? Zwei Effekte machen die Gezeitensperre tatsächlich weniger zu einem Problem, als es scheint. Erstens, die Wettermuster. Auf einer von den Gezeiten bestimmten Welt verwandeln sich die Atmosphäre und die Ozeane in effiziente Wärmetransportmechanismen von der hellen zur dunklen Seite. Sie können es in den Modellergebnissen sehen: Vergleich des Wärmetransports:

• Erde:$H \approx 1.7 \text{Wm}^{-2}\text{K}^{-1}$
• Gesperrte Erde:$H \approx 13.0 \text{Wm}^{-2}\text{K}^{-1}$

Der Temperaturunterschied zwischen den beiden Seiten ist umgekehrt proportional zum Wärmetransportkoeffizienten und proportional zum Unterschied in der Sonneneinstrahlung oder:$\Delta T \propto H^{-1}\Delta G$. Was uns dies über das Klima auf einem gezeitengesperrten Planeten sagt, ist eine Kombination aus:

• Die durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten sind (viel) höher.
• Für Gezeiten eingeschlossene Planeten in der Nähe des inneren Randes der HZ: Hurrikane können sehr stark und häufiger sein (sogar ohne den Coriolis-Effekt), da der „Wärmepol“ auf der Tagseite ein großes Gebiet bildet, in dem sich Sturmsysteme bilden können. Ebenso können sich auf der Nachtseite trockene, kalte Stürme bilden.
• Regen wird häufiger auftreten, insbesondere in der Wechselzone.
• Das Wetter ist tendenziell vorhersehbarer.

Der zweite Effekt ist der der Ozeane. Ozeane sind große Wärmeabsorber und brauchen viele Jahre, um sich aufzuheizen, selbst durch das Sonnenlicht auf ihnen. Es braucht eine Kalorie, um 1 g Wasser um ein Grad zu erhitzen (bei Standarddruck und -temperatur). Oder:

$C_{\text{aq}} = 4.186\text{Jg}^{-1}$

Bei einer Ozeansäule von$d = 5\text{km}$tief und Oberfläche$A=1\text{m}^2$, wie lange würde die Mittagssonne brauchen, um ihn um ein Grad aufzuheizen?

Das heißt, selbst bei den langsamen Meeresströmungen hätte die Tiefsee eine gleichmäßige Temperatur. Sie könnten denken, wenn Sie auf einer tropischen Insel in der Nähe eines tiefen Grabens leben würden, wäre das Meerwasser in den Tiefen des Abgrunds genauso warm wie das Meerwasser an der Oberfläche. In Wirklichkeit hat der Ozean eine steile Thermokline . Das Wasser tief unten ist überraschend kalt.

Die nahegelegenen Ozeane werden also einen großen mäßigenden Effekt auf die lokalen Temperaturen haben. Schauen Sie sich dieses Modell eines von den Gezeiten eingeschlossenen Ozeanplaneten an . Dieses Modell sagt uns, dass wir keine todkalte Nachtseite brauchen.

Wenn Sie die Leichtigkeit erhöhen, mit der Ozeane Wärme transportieren können, indem Sie keine Nord-Süd-Festlandsockel in der Nähe der Übergangszone haben oder mehr Ozeane und weniger Land haben, kann Ihr Exoplanet ein stabileres Klima mit weniger Schwankungen haben.

Das sieht man auch auf der Erde. Die extremsten Klimazonen (z. B. Sibirien) liegen im Landesinneren, wobei die vorherrschende Windrichtung vom Meer weggeht. Mildere Klimazonen (wie beispielsweise Südtasmanien oder äquatoriale Inseln) sind oft maritim.

Beachten Sie, dass es auch in diesem Modell kalte Bereiche auf der „hellen“ Seite (in der Nähe der Pole) und wärmere Bereiche auf der dunklen Seite (in der Nähe des Äquators) gibt.

Erstere werden durch den gleichen Mechanismus wie auf der Erde verursacht (ja, es gibt ständig Sonnenlicht, aber es ist von geringer Intensität, was dem Licht entspricht, das der Nordpol im April gegen Mittag bekommt).

Letztere werden durch Wärmetransport und die Version von Hadley-Zellen eines gezeitengebundenen Planeten verursacht. Dieses Video bietet einen schönen Überblick über einige der Grundlagen.