Gibt es eine plausible Möglichkeit, einen Gasriesen mit zwei oder mehr erd- bis marsgroßen Monden zu haben, die ihn in der bewohnbaren Zone umkreisen?

Ihr Migrationsmodell entspricht dem, was man einen heißen Jupiter nennt . Eine Möglichkeit ist, dass ein Jupiter/Saturn-ähnlicher Planet nach innen wanderte und die Umlaufbahnen bereits gebildeter Planeten störte. Im Laufe der Zeit wurden zwei dieser Planeten vom heißen Jupiter eingefangen und zu Monden. Eingefangene Monde sind keine Seltenheit (siehe Neptuns Mond Triton).

Auch ein erdgroßer Mond um Jupiter ist vollkommen vernünftig. Unser Mond hat etwa 1 % der Masse der Erde und die Erde nur 0,3 % der Masse des Jupiters.

KURZE ANTWORT:

Niemand weiß es genau, aber einige Berechnungen deuten darauf hin, dass es für einen Gasriesenplaneten möglich wäre, mindestens zwei und möglicherweise bis zu vier große und potenziell bewohnbare Monde zu haben, die in der richtigen Entfernung um den Planeten kreisen.

Meine lange Antwort unter meiner ursprünglichen Antwort, die am 8. Mai 2020 hinzugefügt wurde, geht ausführlich auf die Frage ein.

Sie sollten die Suchfunktion oben auf der Seite verwenden und nach anderen Fragen zu bewohnbaren Monden von Riesenplaneten suchen.

Einige dieser Fragen habe ich mir selbst beantwortet.

Zu den nützlichen Quellen gehören:

Stephen H. Dole, in Bewohnbare bewohnbare Planeten für den Menschen (1964,2007)

https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/commercial_books/2007/RAND_CB179-1.pdf 1

Heller, Rene; Rory Barnes (2012). "Exomoon-Bewohnbarkeit durch Beleuchtung und Gezeitenheizung eingeschränkt". Astrobiologie. 13 (1): 18–46.

https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1209/1209.5323.pdf 2

Und:

Heller, René (September 2013). "Magnetische Abschirmung von Exomonden jenseits des zirkumplanetaren bewohnbaren Randes". Die Briefe des astrophysikalischen Journals. 776 (2): L33.

https://arxiv.org/pdf/1309.0811.pdf 3

Ich habe eine lange Antwort auf diese Frage geschrieben:

Welche Arten von Flora würden auf einem gezeitenfesten Mond gedeihen? 2

Dort diskutiere ich einige der verschiedenen Grenzen hypothetischer bewohnbarer Exomonde von Exoplaneten.

LANGE ANTWORT hinzugefügt am 8. Mai 2020:

Auf dem PlanetPlanet-Blog enthält der Abschnitt Ultimate Solar System Beiträge über das Entwerfen von fiktiven Sonnensystemen mit so vielen bewohnbaren Welten wie möglich.

Die Serie Building the Ultimate Solar System erklärt, wie ich beim Bau eines neuen Sonnensystems vorgehen würde. Mein Ziel ist es, die Anzahl potenziell lebenstragender Welten in einem einzigen System zu maximieren. Ich gehe von unten nach oben vor. Ich bespreche zuerst die beteiligten Teile – Sterne, Planeten, Umlaufbahnen – und füge sie dann alle zusammen. Dann gehe ich weiter, und dann viel zu weit …

https://planetplanet.net/the-ultimate-solar-system/ 5

Diese fiktiven Sonnensysteme umfassen manchmal Sonnensysteme mit riesigen Planeten in der bewohnbaren Zone und erdgroßen bewohnbaren Monden, die diese Planeten umkreisen.

Er diskutiert, wie viele große, bewohnbare Monde ein Gasriesenplanet haben könnte:

Die größten Monde des Sonnensystems umkreisen die größten Planeten (Jupiter und Saturn). Mondsysteme bilden sich wie Mini-Sonnensysteme in Gas- und Staubscheiben um Gasriesenplaneten. [Tatsächlich haben große Monde des Sonnensystems einige Eigenschaften mit extrasolaren Planeten gemeinsam]. Die Monde befinden sich ganz in der Nähe der Gasriesen. Die Bahnen der am weitesten entfernten großen Monde sind nur etwa 30-mal größer als der Radius ihres Wirtsplaneten. Im Vergleich dazu ist die Umlaufbahn der Erde etwa 200-mal größer als der Radius der Sonne.

Wir wollen Welten in unserem ultimativen Sonnensystem, die etwas größer sind als diese großen Monde. Wir wollen Welten, die etwa halb- bis doppelt so groß sind wie die Erde. Obwohl es einige Diskussionen gibt, werde ich jedem Gasriesen, der die Größe von Saturn oder mehr hat, erlauben, große Monde zu haben.

Im Sonnensystem hat Jupiter die meisten (vier). Angesichts der Nähe der Monde im Sonnensystem werden große Monde wahrscheinlich in der Nähe bleiben. Aber wie viele große Monde könnte ein Gasriese haben? Nun, mindestens so viele wie Jupiter (vier). Aber wahrscheinlich nicht mehr so ​​viele. Die Umlaufbahnen von Planeten und Monden sind in der Regel logarithmisch beabstandet. Denken Sie, 1, 10, 100, 1000 statt 10, 20, 30, 40. Je weiter vom Stern/Planeten entfernt, desto größer die Abstände zwischen den Planeten/Monden. Wenn sich die Zone mit großen Monden vom 5- bis 50-fachen des Planetenradius erstreckt, haben wir nur Platz für 5 große Monde mit einem Abstand wie der des Jupiters. Wir bleiben bei maximal 5 großen Monden pro Gasriesenplaneten.

https://planetplanet.net/2014/05/22/building-the-ultimate-solar-system-part-4-two-ninja-moves-moons-and-co-orbital-planets/ 6

Daher hält er es für möglich, dass ein riesiger Planet bis zu 5 große Monde mit etwa 0,5- bis 2,0-facher Erdmasse haben kann.

Aber er hat einen Link zu „irgendeiner Debatte“ über massive Monde, einen Artikel, der berechnet, dass Mond-Mars-Massensatelliten die massivsten wären, die sich wahrscheinlich um Riesenplaneten bilden würden, die nicht massiv genug für Bewohnbarkeit wären.

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2006Natur.441..834C/abstract 7

Ich stelle fest, dass die Riesenplaneten in unserem Sonnensystem die folgenden Massen haben: Jupiter 317,8 Erdmasse, Saturn 95,2 Erdmasse, Uranus 14,6 Erdmasse und Neptun 17,2 Erdmasse.

Ganymed, der massereichste Jupitermond, hat eine Masse von 0,0248 Erdmasse oder 0,000078 Jupitermasse; Titan, der massereichste Saturnmond, hat eine Masse von 0,0225 der Erdmasse oder 0,0002363 der Saturnmasse; Titania, der massereichste Uranusmond, hat eine Masse von 0,00059 Erdmassen oder 0,0000404 Uranusmasse; Triton, der massereichste Mond von Neptun, hat eine Masse von 0,003599 der Masse der Erde oder 0,0002092 der Masse von Neptun.

Ich stelle fest, dass der Mond 0,0123 der Masse seines Planeten Erde hat und Charon, der größte Mond des Zwergplaneten Pluto, eine Masse von 0,1218 Plutos Masse hat. Es wird angenommen, dass der Mond entstanden ist, als ein kleiner Planet vor Milliarden von Jahren mit der Erde kollidierte, und Pluto und Charon könnten sich gegenseitig eingefangen haben, während Triton vermutlich von Neptun eingefangen wurde.

Da bisher keine Exomonde in anderen Sternensystemen entdeckt wurden, wird angenommen, dass Titan der sich normalerweise bildende Mond mit der größten Masse im Vergleich zu seinem primären Riesenplaneten mit einer Masse von 0,0002363 der Masse des Saturn oder 0,2363 Prozent ist.

Jupiter hat vier große Monde mit Massen von 0,015 Erde oder 0,0000471 Jupiter (Io), 0,008035 der Erde oder 0,0000252 des Jupiter (Europa), 0,0248 der Erde oder 0,000078 des Jupiter (Ganymed) und 0,018 der Erde oder 0,0000566 des Jupiter ( Kallisto).

Unter den Monden, die sich normalerweise in zirkumplanetaren Scheiben gebildet haben, hat Jupiter vier Monde, die jeweils mindestens 0,0000252 ihrer Masse haben, darunter zwei, die jeweils mindestens 0,0000566 ihrer Masse haben, während Saturn einen Mond mit 0,0002363 seiner Masse hat.

Planeten können viel massiver werden als Jupiter, obwohl sie normalerweise nicht viel größer als Jupiter werden, da massereichere Planeten durch ihre Schwerkraft stärker komprimiert und dichter als Jupiter werden.

Die massereichsten Planeten wären etwa 13-mal so massiv wie Jupiter oder etwa 4.131,4-mal so massiv wie die Erde. Massereichere Objekte wären Braune Zwerge mit etwa 75- bis 80-facher Jupitermasse oder etwa 23.835- bis 23.835-facher Erdmasse.

Wenn wir die Beispiele in unserem Sonnensystem als Grenze verwenden, könnte der massereichste mögliche Planet mit etwa 13 Jupitermassen oder 4.131,4 Erdmassen vier Monde mit jeweils mindestens 0,0000252 seiner Masse oder 0,1041 Erdmasse oder zwei Monde mit jeweils at haben mindestens 0,0000566 seiner Masse oder 0,2338 Erdmasse oder ein Mond mit 0,0002363 seiner Masse oder 0,9762 der Erdmasse.

Wenn wir die Beispiele in unserem Sonnensystem als Grenze verwenden, könnte der massereichste Braune Zwerg mit 75 bis 80 Jupitermassen oder 23.835 bis 25.424 Erdmassen vier Satelliten haben, von denen jeder mindestens 0,0000252 seiner Masse oder 0,6006 bis 0,6406 der Erdmasse hat Masse, und/oder zwei, die jeweils mindestens 0,0000566 ihrer Masse oder 1,3490 bis 1,4389 Erdmasse haben, und/oder ein Satellit mit 0,0002363 seiner Masse oder 5,6322 bis 6,0076 Erdmasse.

Wenn man also die bekannten Massenverhältnisse von Riesenplaneten zu Monden in unserem Sonnensystem als Richtlinie verwendet, müsste a der massivste mögliche Planet oder ein Brauner Zwerg sein, um Monde in der Nähe der Masse der Erde zu haben, die sich in der zirkumplanetaren Scheibe davon gebildet hat Planet.

Natürlich ist es möglich, dass auch Titan nicht das größtmögliche Massenverhältnis eines sich in der Planetenscheibe bildenden Mondes zu seinem Urriesenplaneten hat. zu seinem

Eine der Quellen, die ich oben aufgeführt habe:

Heller, Rene; Rory Barnes (2012). "Exomoon-Bewohnbarkeit durch Beleuchtung und Gezeitenheizung eingeschränkt". Astrobiologie. 13 (1): 18–46.

https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1209/1209.5323.pdf 2

diskutiert in Abschnitt 2.1, Bildung massiver Satelliten, ob riesige Exoplaneten Exomonde haben könnten, die massiv genug sind, um bewohnbar zu sein.

Der größte und massereichste Mond im Sonnensystem, Ganymed, hat einen Radius von nur ≈0,4R⊕ (R⊕ ist der Radius der Erde) und eine Masse von ≈0,025M⊕. Die Frage, ob sich um extrasolare Planeten viel massereichere Monde hätten bilden können, ist ein aktives Forschungsgebiet. Canup & Ward (2006) haben gezeigt, dass Monde, die in der zirkumplanetaren Scheibe von Riesenplaneten entstanden sind, eine Masse haben, die ≲10-4 mal so groß ist wie die Masse des Planeten. Unter der Annahme, dass sich Satelliten um Kepler-22b gebildet haben, werden ihre Massen also höchstens 2,5 × 10-3 M⊕ betragen, und um KOI211.01 herum werden sie immer noch weniger wiegen als der Erdmond. Die massebeschränkte In-situ-Bildung wird für Exomonde um Planeten in der IHZ von massearmen Sternen kritisch, da solche Riesenplaneten nicht beobachtet werden können. Eine hervorragende Studie über die Entstehung der Jupiter- und Saturn-Satellitensysteme wird von Sasaki et al. (2010), die zeigten, dass sich Monde mit ähnlichen Größen wie Io, Europa, Ganymed, Callisto und Titan um die meisten Gasriesen bilden sollten. Darüber hinaus ist laut ihrer Abb. 5 und privater Kommunikation mit Takanori Sasaki die Bildung von Mars- oder sogar Erdmassenmonden um Riesenplaneten möglich. Abhängig davon, ob ein Planet genügend Masse ansammelt, um eine Lücke in der protostellaren Scheibe zu öffnen, werden diese Satellitensysteme wahrscheinlich mehrfach und resonant sein (wie im Fall von Jupiter) oder nur einen großen Mond enthalten (siehe Saturn). Ogihara & Ida (2012) erweiterten diese Studien, um den Zusammensetzungsgradienten der Jupiter-Satelliten zu erklären. Ihre Ergebnisse erklären, warum wasserreiche Monde weiter von ihrem riesigen Wirtsplaneten entfernt sind, und implizieren, dass Einfangen in 2:1-Orbitalresonanzen üblich sein sollte. Wege, die Sackgasse der unzureichenden Satellitenmasse zu umgehen, sind der gravitative Einfang massiver Monde (Debes & Sigurdsson 2007; Porter & Grundy 2011; Quarles et al. 2012), der für Triton um Neptun herum funktioniert zu haben scheint (Goldreich et al. 1989; Agnor & Hamilton 2006); die Erfassung von Trojanern (Eberle et al. 2011); Gaswiderstand in primordialen zirkumplanetaren Hüllen (Pollack et al. 1979); Pull-Down-Capture-Trapping temporärer Satelliten oder Körper in der Nähe der Lagrange-Punkte in stabile Umlaufbahnen (Heppenheimer & Porco 1977; Jewitt & Haghighipour 2007); die Verschmelzung von Monden (Mosqueira & Estrada 2003); und Auswirkungen auf terrestrische Planeten (Canup 2004; Withers & Barnes 2010; Elser et al. 2011). Solche Monde würden den unregelmäßigen Satelliten im Sonnensystem entsprechen, im Gegensatz zu regulären Satelliten, die sich in situ bilden. Unregelmäßige Satelliten folgen oft entfernten, geneigten und oft exzentrischen oder sogar rückläufigen Umlaufbahnen um ihren Planeten (Carruba et al. 2002). Im Moment gehen wir davon aus, dass extrasolare Monde mit Erdmasse – seien sie regelmäßig oder unregelmäßig – existieren.

Im Jahr 2012 gab es also mehrere theoretische Studien, die darauf hinwiesen, dass Riesenplaneten natürliche Satelliten bilden oder erwerben könnten, die massiver als nur mondgroß, möglicherweise sogar erdgroß oder viel größer sind.

Zurückkommend auf die PlanetPlanet-Diskussion über große Exomonde mit ungefähr der Erdmasse, die Gasriesen-Exoplaneten umkreisen, sagt er:

Wenn sich die Zone mit großen Monden vom 5- bis 50-fachen des Planetenradius erstreckt, haben wir nur Platz für 5 große Monde mit einem Abstand wie der des Jupiters. Wir bleiben bei maximal 5 großen Monden pro Gasriesenplaneten.

Aber eine der Quellen, die ich oben aufgeführt habe:

Heller, René (September 2013). "Magnetische Abschirmung von Exomonden jenseits des zirkumplanetaren bewohnbaren Randes". Die Briefe des astrophysikalischen Journals. 776 (2): L33.

https://arxiv.org/pdf/1309.0811.pdf 3

Erläutert, was als zirkumplanetare bewohnbare Zone bezeichnet werden könnte, in der hypothetische riesige Exomonde in der richtigen Entfernung vom Planeten umkreisen würden, um durch das planetare Magnetfeld vor geladenen Teilchen geschützt zu sein.

Heller kommt zu dem Schluss, dass riesige Exomonde bewohnbar sein könnten, wenn sie in einem Umkreis von 5 bis 20 Planetenradien um den Planeten kreisen. Das ist ein viel engerer Bereich als 5 bis 50 Planetenradien vom Planeten entfernt, nur ein Drittel so breit.

Neptun hat einen äquatorialen Radius von etwa 24.760 Kilometern, also hätte er eine zirkumplanetare bewohnbare Zone zwischen etwa 123.800 und 495.500 Kilometern. Nur ein Mond, der große Triton, umkreist diese Zone.

Uranus hat einen äquatorialen Radius von etwa 25.560 Kilometern, also hätte er eine zirkumplanetare bewohnbare Zone zwischen etwa 127.800 und 511.200 Kilometern. Es hat vier Monde, Miranda, Ariel, Umbriel und Titania, in vier separaten Umlaufbahnen innerhalb dieser Zone.

Saturn hat einen äquatorialen Radius von etwa 60.268 Kilometern, also hätte er eine zirkumplanetare bewohnbare Zone zwischen etwa 301.340 und 1.205.360 Kilometern. Saturn hat vier Monde in dieser Zone, Dione, Helene, Polydeukes und Rhea, aber in nur zwei Obits, da sich Helene und Polydeukes relativ zu Dione in trojanischen Umlaufbahnen befinden.

Jupiter hat einen äquatorialen Radius von etwa 71.492 Kilometern, also hätte er eine zirkumplanetare bewohnbare Zone zwischen etwa 357.460 und 1.429.840 Kilometern. Jupiter hat drei Monde, Io, Europa und Ganymed, die innerhalb dieser Zone umkreisen.

Wenn also Hellers Berechnungen richtig sind, haben die Riesenplaneten in unserem Sonnensystem eine, zwei, drei und vier Satellitenumlaufbahnen innerhalb ihrer jeweiligen zirkumplanetaren bewohnbaren Zonen. Daher scheint es plausibel, dass ein Planet von Saturngröße zwei große und potenziell bewohnbare Monde hat, die innerhalb seiner zirkumplanetaren bewohnbaren Zone kreisen.

Ein bisschen spät zur Party, aber ich dachte, dass dies helfen könnte. Vor vielen Jahren bekam ich diese wunderbare App namens Exoplanet auf mein iPad , die jeden bisher gefundenen Exoplaneten zusammen mit seinen bekannten physikalischen Eigenschaften auflistet. Ich habe diese Liste so gefiltert, dass sie nur Planeten in der bewohnbaren Zone enthält, und sie dann nach Größe sortiert. Es hat buchstäblich Hunderte von Planeten in der Größe des Saturn oder größer in bewohnbaren Zonen. Hier ist die erste Seite:

Angesichts der Tatsache, dass Saturns größter Mond Titan größer als der Erdmond und Saturn um ein Vielfaches größer als die Erde ist, scheint es mir klar, dass ein Saturn- (oder vielleicht Jupiter-großer) Planet mindestens einen einzigen Mond haben könnte, der so groß ist wie die Erde. Für mehrere Monde dieser Größe ist es weniger klar, aber ein Planet, der etwa dreimal so groß wie Jupiter ist, könnte sehr vernünftigerweise zwei erdgroße Monde haben. (Und es gibt viele davon auf dieser Liste zur Auswahl)

Ypsilon Andromadae A d fand ich ein besonders interessantes Beispiel und bei nur 43,9 Lichtjahren Entfernung von der Erde konnte man sich realistisch vorstellen, dass wir eines Tages dorthin gelangen könnten.

In der realen Welt sind Menschen, die auf dem Mond eines Gasriesen so groß wie Jupiter leben, ein langer Weg. Es gibt viele Einschränkungen.

1. Monde haben eine elliptische Umlaufbahn, was zu schweren Erdbeben auf der Oberfläche führt

2. Ein Mond in der Nähe eines Körpers wie Saturn wird wahrscheinlich von den Gezeiten blockiert, und dies kann die Lebenschancen verringern.

3. Die Umlaufbahn um einen so großen Planeten wird viel Zeit in Anspruch nehmen, und er wird einige Zeit von der Sonne abgeschirmt bleiben, bevor er wieder auftaucht.

4. Wird es reich an Mineralien sein?

Also alles, was ich sagen möchte, ist, dass das Leben mit etwas guter Technologie möglich ist, aber es wird ohne sie unmöglich sein.