Zwergsterne haben erdgroße Planeten, die in bewohnbaren Zonen sehr nahe um sie herum kreisen. Von diesen Exoplaneten wird oft gesagt, dass sie durch Gezeiten an ihren Stern gebunden sind, wie der Mond an die Erde, und dass sie daher eine heiße und eine kalte Hemisphäre haben.
Aber im Sonnensystem gibt es nur einen gezeitengebundenen Planeten, und das ist Merkur, der asynchron in einer 2:3-Beziehung gefangen ist. Es dreht sich sowieso relativ zur Sonne. Und nur ein bekannter Planet, der sich praktisch überhaupt nicht dreht, Venus. Aber die Venus hat eine superrotierende Atmosphäre, die die Wärme der Sonneneinstrahlung sowieso rundherum verteilt.
Gibt es Gründe zu der Annahme, dass asynchrone Gezeitenverriegelung und superrotierende Atmosphären bei Planeten mit Zwergsternen weniger häufig sind als in Planetensystemen mit einem sonnenähnlichen Stern?
Ich bin mir nicht ganz sicher, was Sie fragen, weil Sie einige verwandte Punkte ansprechen.
Der Grund, warum angenommen wird, dass Planeten um rote Zwergsterne gezeitengebunden sind, liegt darin, dass die Gezeitenkraft für die bewohnbare Zone vergleichsweise viel größer ist. Nehmen Sie zum Beispiel einen Stern mit der halben Masse unserer Sonne. Es hätte grob gesagt 1/16 der Sonnenleistung, also müsste ein Planet, um die gleiche Wärmemenge zu erhalten, 4-mal näher oder 1/4 AE sein.
Die Gezeitenkraft erhöht sich um die Kubikzahl der Entfernung oder 4^3 oder 64, und die Masse 1/2 bedeutet, dass für nur 1/2 der Sonnenmasse die Gezeitenkraft auf einem Planeten mit gleicher Wärme 32 beträgt mal größer. Das ist ein ungefähres Verhältnis zur 5. Potenz, was sehr bedeutsam ist. Wenn Sie in Sonnenmassen von 25% der Sonnenmasse oder weniger gelangen, kann die Gezeitenkraft für einen Planeten in der bewohnbaren Zone tausendmal größer sein als die Gezeitenkraft für die bewohnbare Zone in unserem Sonnensystem. Aufgrund der hohen Gezeitenkräfte sind Planeten in der habitablen Zone kleiner Sterne sehr wahrscheinlich gezeitengebunden, zumindest für nahezu kreisförmige Umlaufbahnen. Das ist ziemlich sicher, wenn der Stern unter einer bestimmten Größe liegt.
Es gibt einige Theorien, dass die thermische Erwärmung der Atmosphäre eines Planeten Zeit braucht, also nicht genau am Mittag stattfindet, aber ein paar Stunden danach wird erwartet, dass es in der oberen Atmosphäre ein Gezeitendrehmoment und ein Gleichgewicht gibt Die ständige Rotation der Atmosphäre zieht an der Oberfläche und hält den Planeten in Rotation, sodass der Planet niemals von den Gezeiten blockiert wird. Die Venus könnte ein Beispiel dafür sein. Die folgenden Artikel deuten jedoch darauf hin, dass dies nur bei den größeren Roten Zwergen mit 50 % der Sonnenmasse oder mehr vorhergesagt wird. Artikel hier und hier für weitere Details.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Gezeitensperre bei kleineren Roten Zwergsternen innerhalb der habitablen Zone wahrscheinlich sehr häufig ist. Bei größeren roten Zwergsternen erhalten Sie möglicherweise eine Mischung, die bei weiter entfernten Planeten seltener vorkommt.
Rotationen, die durch das Winddrehmoment aufrechterhalten werden, drehen sich wahrscheinlich, zumindest meiner Meinung nach, nicht sehr schnell, ähnlich wie bei der Venus. Eine langsame Rotation macht superrotierende Passatwinde einfach. (Ich sage Passatwinde, weil ich nicht denke, dass Wetterwind oder lokaler Wind als superrotierend angesehen werden), also denke ich, dass wir nur relativ konstante Windgeschwindigkeit und -richtung berücksichtigen sollten).
Und für jeden langsam rotierenden Planeten sollte superrotierender Wind durchaus üblich sein.
Für die allerkleinsten Sterne, wie Trappist 1, der mit 0,08 Sonnenmassen nicht weit von der Mindestgröße für einen Roten Zwerg entfernt ist, hat sein innerster Planet eine Periode von nur 1,5 Tagen, seine entsprechende Rotation (siderisch, nicht solar ) hat ebenfalls eine Frist von 1,5 Tagen. Das ist wahrscheinlich eine Rotation, die schnell genug ist, um einen signifikanten Coriolis-Effekt und interessantes Wetter zu erzeugen (vorausgesetzt, der Planet hat seine Atmosphäre nicht verloren - was auch bei engen Umlaufbahnen um kleine Sterne möglich ist). Das ist eine äquatoriale Oberflächengeschwindigkeit von über 600 km/h, so dass bei einem Planeten in sehr enger Umlaufbahn um die kleinsten Roten Zwerge keine superrotierenden Winde auftreten können.
Betrachtet man die Umlaufzeiten der Planeten um Trappist 1 . Die inneren 2-3 Planeten drehen sich möglicherweise zu schnell, um superrotierende Winde zu haben. Der 5. zum Beispiel mit einer Umlaufzeit von 9 Tagen, was einer siderischen Rotationsgeschwindigkeit am Äquator von nicht viel mehr als 100 km/h entspricht, wird wahrscheinlich superrotierende Winde haben. Je länger die Umlaufzeit, desto wahrscheinlicher sind superrotierende Winde. Jeder gezeitengebundene Planet mit einer Umlaufzeit von mehr als 10 Tagen sollte statistisch wahrscheinlich superrotierende Winde haben (im Vergleich zur siderischen Rotation). Sonnenrotation, nun, nach dieser Messung haben alle gezeitengebundenen Planeten mit Atmosphäre superrotierende Winde.
Merkur befindet sich in einer anderen Spin-Bahn-Resonanz als 1:1, ist also nicht gezeitengebunden . Dies kann bei exzentrischen Umlaufbahnen und bei schwachen Gezeiten auftreten (damit die Umlaufbahn exzentrisch bleibt). Das kürzlich entdeckte Planetensystem (Trappist-1) hat 7 Planeten in Umlaufbahnen mit sehr geringer Exzentrizität, so dass die Situation wie bei Merkur nicht auftreten wird.
Bearbeiten Siehe auch diese aktuelle Frage zur Spin-Orbit-Sperre. Die Exzentrizität und die Spin-Bahn-Entwicklung sind eng gekoppelt (aufgrund der Erhaltung des Gesamtdrehimpulses), aber die Zeitskala für letztere ist viel kürzer. Daher erreicht das Verhältnis zwischen Spin und Umlauffrequenz schnell ein Gleichgewicht (das von der Exzentrizität abhängt), aber wenn die Gezeiten schwach sind, ändert sich die Exzentrizität möglicherweise nicht und das System ändert sich kaum. Dies ist die Situation für Merkur.
BenutzerLTK