Kann ein tektonisch inaktiver Planet langfristig eine Atmosphäre behalten?

Ja, ein tektonisch inaktiver Planet kann langfristig eine Atmosphäre behalten.

Sie stellen die Verbindung her, dass ein Mangel an Plattentektonik auf einem Planeten auf einen "toten" Kern hinweist und dieser Planet daher keine Magnetosphäre hat. Daher werde ich Ihre Frage so interpretieren, dass ein Planet ohne Magnetosphäre langfristig eine Atmosphäre behalten kann? Als Beweis biete ich Venus an.

Das Magnetfeld der Venus

Venus ist ein Planet ohne eine Magnetosphäre, die von einem Kern erzeugt wird. Es wird angenommen, dass die Ursache dafür die langsame Rotationsrate der Venus (von fast 243 Tagen) und ein Mangel an Konvektion ist, was eine Massenbewegung im Kern ermöglicht. Wie Sie sicher wissen, benötigen Sie bewegliche Ladungen, um Magnetfelder zu erzeugen, und der Kern der Venus bewegt sich einfach nicht. Als solches sehen wir, dass die Venus ein tektonisch toter Planet ist – ihre Oberfläche ist ungefähr 500 Millionen Jahre alt, während die Erdoberfläche aufgrund unserer Plattentektonik alle 100 Millionen Jahre oder weniger recycelt wird.

Nun ist die Venus nicht völlig frei von einem Magnetfeld. Ironischerweise ermöglicht das Fehlen einer Magnetosphäre die Erzeugung eines Magnetfelds durch seine Atmosphäre. Da die Sonnenstrahlung mehr oder weniger direkt auf die Atmosphäre trifft, hat die Venus eine starke Ionosphäre. Wenn sich viele geladene Teilchen in einer Atmosphäre bewegen, entsteht ein Magnetfeld. Aber im Großen und Ganzen ist dieses Feld sehr, sehr schwach im Vergleich zu einer echten Magnetosphäre, wie wir sie auf der Erde haben.

Ich habe diese Quelle gefunden, die viel über dieses Konzept spricht und warum die Venus keine Magnetosphäre hat. Probieren Sie es aus, um mehr Details zu erfahren.

Atmosphäre der Venus

Die Venus hat also keine nennenswerte Magnetosphäre (oder Plattentektonik). Warum hat es eine Atmosphäre? Und Junge, hat es eine Atmosphäre. Der Oberflächendruck auf der Venus wird auf geschätzt$\sim93\:\mathrm{atm}$.

Kurz gesagt lautet die Antwort, dass die Überschwemmung der Atmosphäre mit Sonnenwind nicht unbedingt der Hauptfaktor für den atmosphärischen Verlust ist. Es kann sein, aber nicht immer. Zum Beispiel hat Merkur, ein anderer Planet mit einer schwachen (aber nicht null) Magnetosphäre, keine Atmosphäre (falls es jemals eine gab), weil er so nahe an der Sonne ist, dass der Sonnenwind diese Atmosphäre wahrscheinlich schon vor langer Zeit weggeblasen hat. Die Venus hingegen ist weit genug entfernt, dass der Sonnenwind die Atmosphäre einfach nicht abstreifen kann. Hier werde ich Wikipedia direkt zitieren (Hervorhebung von mir).

Ein Mangel an Magnetfeld bestimmt nicht das Schicksal der Atmosphäre eines Planeten. Die Venus zum Beispiel hat kein starkes Magnetfeld. Seine Nähe zur Sonne erhöht auch die Geschwindigkeit und Anzahl der Teilchen und würde vermutlich dazu führen, dass die Atmosphäre fast vollständig abgestreift wird, ähnlich wie die des Mars. Trotzdem ist die Atmosphäre der Venus zwei Größenordnungen dichter als die der Erde. Neuere Modelle zeigen, dass das Strippen durch Sonnenwind weniger als 1/3 der gesamten nicht-thermischen Verlustprozesse ausmacht.

Atmosphärischer Verlust

Wenn der Sonnenwind nicht der Faktor ist, der zum atmosphärischen Verlust beiträgt, was dann? Die Antwort darauf ist ein Prozess, der als Jean's Escape bekannt ist . Vereinfacht gesagt: Damit Gasteilchen aus der Atmosphäre ins All entweichen können, brauchen sie genügend Energie, um aus der Schwerkraft des Planeten herauszusteigen. Einige Teilchen haben diese Energie und entkommen somit in den Weltraum. Mit der Zeit blutet die Atmosphäre nach und nach ab (das passiert auch auf der Erde!).

Die Faktoren, die dazu beitragen, wie schnell ein Planet seine Atmosphäre verliert, sind solche Dinge wie die Masse und der Radius des Planeten und die Masse der atmosphärischen Partikel. Schauen wir uns die Venus an. Es ist in Masse und Größe mit der Erde vergleichbar und hat daher eine einigermaßen nennenswerte Schwerkraft. Damit etwas der Venus entkommen kann, muss es unterwegs sein$10.4\:\mathrm{km/s}$(im Vergleich zur Erde$11.2\:\mathrm{km/s}$). Aber zumindest für die Venus ist der wichtige Faktor, dass die Atome und Moleküle in ihrer Atmosphäre schwer sind. Es ist fast vollständig ($\sim97\%$) Kohlendioxid mit einer Masse von$\sim44\:\mathrm{amu}$. Das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein so massives Teilchen die Energie zum Entkommen erhält, ziemlich gering ist.

Ausgasen

Dem ist nur noch ein Punkt hinzuzufügen. Man mag argumentieren, dass die Atmosphäre möglicherweise ständig erneuert wird/kann, aber das wird hier nicht funktionieren, weil wir davon ausgehen, dass der Planet tektonisch tot ist. Auf einem Planeten ohne aktive Oberfläche kann es nicht wirklich zu Ausgasungen kommen.

Fazit

Es gibt viele Faktoren, die das Entweichen aus der Atmosphäre bestimmen. Verschiedene Planeten verlieren ihre Atmosphäre aus verschiedenen Gründen. Es ist jedoch durchaus möglich, dass ein Planet unter den richtigen Bedingungen langfristig eine Atmosphäre aufrechterhält, obwohl ihm eine globale Magnetosphäre fehlt. Wie wir von der Venus aus sehen können, sind die Bedingungen im Allgemeinen so, dass der Planet ausreichend weit vom Stern entfernt sein sollte, seine Atmosphäre ausreichend dicht sein und aus schweren Partikeln bestehen sollte und der Planet selbst groß genug sein sollte, um eine nennenswerte Schwerkraft zu haben. Wenn diese Bedingungen alle erfüllt sind, kann ein Planet eine Atmosphäre behalten, ohne eine Magnetosphäre zu haben, die ihn schützt.