Könnte ein Planet, der größer als die Erde ist und nur halb so schwer ist, eine dichtere Atmosphäre haben?

Wenn Sie darauf hoffen, dass die Antwort "auf jeden Fall" lautet, haben Sie Pech, aber ich kann Ihnen vielleicht "möglicherweise" geben.

Der Planet, den Sie vorschlagen, wird einige Probleme haben, also werde ich diese sofort skizzieren.

• Zunächst einmal zeigt unser aktuelles Modell für die Planetenentstehung, dass je näher ein Planet an seinem Mutterstern liegt, desto dichter wird dieser Planet. Basierend auf lokaler Extrapolation würde dies Ihren Planeten außerhalb der Umlaufbahn des Mars bringen, der außerhalb der bewohnbaren Zone (für unsere Sonne) liegt. Das ist kein gutes Zeichen für die Entwicklung von komplexem Leben.
• Ihr Planet benötigt auch mehr Atmosphäre und weniger Schwerkraft. Das ist auf den ersten Blick etwas kontraintuitiv. Sowohl der Mars als auch die Erde zeigen, dass ein kleiner planetarer Körper wahrscheinlich eine kleine Atmosphäre haben wird, während viele andere Körper kleinerer Größe keine Atmosphäre haben.
• Schließlich benötigen Sie ein Magnetfeld um den Planeten herum, um ihn vor ionisierender Strahlung zu schützen und den atmosphärischen Verlust durch Sonnenwinde zu reduzieren. Bei der vorgeschlagenen Dichte wird Ihr Planet etwas dichter sein als Pluto. Das ist zu leicht, um zu erwarten, dass es einen metallischen Kern gibt, mit dem dieses Magnetfeld erzeugt werden kann. Das ist ein Problem.

Gibt es also eine Möglichkeit, diese Probleme zu überwinden? Möglicherweise.

• Um das Problem der Bewohnbarkeit anzugehen, könnte sich entweder die Umlaufbahn Ihres Planeten näher nach innen zur Sonne bewegt haben und ihn in die bewohnbare Zone gebracht haben, der Stern ist groß genug, um den Planeten selbst bei seinem vergrößerten Radius zu erwärmen, oder die Atmosphäre des Planeten ist dicht genug, dass a Eine geringe Menge an Sonnenlicht könnte die Dinge warm halten. Wahrscheinlich würde eine Kombination der ersten und dritten Lösung diesen Planeten bewohnbarer machen und ziemlich vernünftig sein.
• Was das Thema Atmosphäre/Schwerkraft betrifft, gibt es Beispiele für kleine Schwerkraftbrunnen, die massive Atmosphären zurückhalten. Die Venus ist ein gutes Beispiel, obwohl sie an sich etwas seltsam ist, und der Mond Titan ist ein weiteres. Diese beiden Körper zeigen, dass eine große Atmosphäre um einen kleinen Planeten herum existieren kann , also ist dies für Ihren Planeten plausibel und vielleicht sogar wahrscheinlich, je nachdem, wen Sie fragen (obwohl Sie sich bewusst sein müssen, dass in beiden Beispielen die Atmosphäre „überrotiert“, mit Hunderten von Meilen pro Stunde um den gesamten Planeten weht, wie ein Hurrikan von der Größe eines Planeten. Definitiv cool. Definitiv gefährlich.).
• Zuletzt das Magnetfeld. Das ist hart. Die Venus selbst hat ein kleines Magnetfeld, das durch Wechselwirkungen zwischen dem Plasma der hohen Atmosphäre und den Sonnenwinden erzeugt wird, aber dies würde nicht ausreichen, um die meisten uns bekannten Lebensformen zu schützen. Andererseits würde dies ausreichen, um vor atmosphärischen Verlusten durch Sonnenwinde zu schützen, also ist das spannend. Es besteht auch die Möglichkeit eines leichten Metallkerns, der vielleicht aus etwas wie Magnesium besteht, der einen magnetischen Dynamo liefern könnte, während er immer noch eine geringe Dichte beibehält. Dies ist reine Theorie, und aktuelle Modelle des Universums legen nahe, dass dies höchst unwahrscheinlich ist, aber das ist nicht dasselbe wie unmöglich.

Könnte dieser Planet also existieren? Vielleicht. Existiert es? Wahrscheinlich nicht. Andererseits waren die Chancen, dass sich die Erde so entwickelt, wie sie es tat, auch ziemlich gering, aber hier verschwenden wir unsere Zeit mit Stack Exchange, wenn wir arbeiten sollten. Das nenne ich einen Sieg.

Dieser Link ist eine gute Einführung in die Beziehung der atmosphärischen Dichte zu anderen planetaren Faktoren. Insbesondere schlagen Sie einen Planeten vor, der eine geringere Schwerkraft als die Erde und eine größere Luftdichte hat .

Angesichts der Tatsache, dass weniger Schwerkraft die Luftdichte verringert, wenn alles andere gleich bleibt, da das Gas weniger dicht an der Oberfläche gehalten wird, müssen Sie einen Ausgleichsfaktor haben: Entweder muss das Gas viel schwerer sein (und somit für die Schwerkraft leichter zu wirken). an), oder die Atmosphäre muss viel heißer mit viel mehr Gas sein (ähnlich wie auf der Venus). Die Venus hat eine atmosphärische Dichte von etwa 80x Erden, daher scheint dies nicht völlig außerhalb des Bereichs der Vernunft zu liegen - aber die Gase wären schwerer und daher wahrscheinlich giftig für das Leben auf der Erde.

Es ist anzumerken, dass selbst in dieser Situation Ihre sehr massiven Kreaturen wahrscheinlich zu niedrigeren Höhen tendieren würden, wo die Dichte wahrscheinlich höher ist.

Am unwahrscheinlichsten ist ein Planet, der erheblich weniger dicht ist als die Erde. Ich bin mir nicht ganz sicher, wie ich die Zahlen berechnen soll, aber ein solcher Planet kann fast hohl sein, wenn er eine größere feste Oberfläche hat, oder aus Elementen bestehen, die viel leichter sind als die Erdkruste und der Erdkern. Ob diese Elemente ein komplexes Leben unterstützen könnten, ist unklar (man braucht viele schwerere Elemente wie Eisen zum Leben).

Als Randbemerkung glaube ich nicht, dass das elektromagnetische Feld für die Luftdichte eine große Bedeutung hat. Es schirmt wahrscheinlich einige Gaslecks ab, wirkt aber nicht als undurchlässige Membran.

Das Magnetfeld des Planeten ist das Ergebnis der inneren Struktur des Planeten und der Rotation dieser inneren Struktur oder des Planeten.
Da Sie sich mit Zahlen befassen, gibt es in Ihrem Fall keine Möglichkeit, die Existenz des Planetenmagnetfelds mit den angegebenen Zahlen und Beschreibungen zu beweisen oder zu widerlegen. Wir können nur spekulieren, dass der Planet nicht dicht genug ist und es wahrscheinlich nicht viel Eisen gibt und so weiter, aber das ist nicht unbedingt wahr.

Das Magnetfeld verhindert, dass die oberen Schichten der Atmosphäre mit geladenen Ionen erhitzt werden, und das verhindert, dass Partikel aus den oberen Schichten eine Fluchtgeschwindigkeit haben, und das führt dazu, dass weniger Atmosphäre austritt.

Die Dichte als Druck hängt mehr von der Gesamtmasse der Atmosphäre ab. Die Erde hatte eine dichtere Atmosphäre (wie die Wissenschaft glaubt), die Venus hat einen 92-mal größeren Atmosphärendruck und$5.243 kg/m^3$Dichte. Die gleiche Massenatmosphäre und das gleiche Rezept der Erde (N2 + O2-Mischung) und Erdtemperatur und Venusdruck und die resultierende Atmosphäre wird 92-mal dichter sein ($\approx 127 kg/m^3$). (nicht CO2, da es teilweise flüssig ist und die Atmosphäre weniger Druck hat)

Wenn Sie H2 nicht als Hauptbestandteil der Atmosphäre nehmen, ist eine Zusammensetzung irrelevant, irgendwie ist nur die Masse wichtig. Obwohl es nicht so viele Gase zur Auswahl gibt.

Auf diese Weise können Sie Ihren Druck nach Belieben und die Dichte nach Ihren Präferenzen in Bezug auf Zusammensetzung und Temperatur für diesen Druck einstellen.

Zusammensetzung beliebig, aber wenn Sie Erde wie es nehmen, ist es eine sichere Wahl, aber denken Sie daran, dass CO2 bei 53 bar Druck bei 293 K Temperatur (Raumtemperatur) kondensiert. 53 bar sind also eine Art Obergrenze für diese Temperatur, wegen Pflanzen usw. Aber wenn die Temperatur höher als 304 K ist, ist der Druck unbegrenzt. Wenn Sie Winter haben möchten, dann etwa 30 bar und darunter. Schauen Sie sich den CO2-Dampfdruck an

Da Stabilität wichtig ist, hat die Venus ein schwaches Magnetfeld und die Atmosphäre fliegt nicht weg. Das Hauptproblem ist Wasserstoff, weil es das leichteste ist und die Verdampfung anderer Gase deutlich langsamer ist, aber selbst in nicht stabilen Fällen ist die "Verdampfung" für einen Planeten konstant, sodass Sie anfangs mehr haben, um länger zu halten. Und für unser derzeitiges Verständnis (zumindest meins), da das Leben im Wasser geboren wurde, ist mehr Wasser besser, es gibt einige Probleme, insbesondere wo Sauerstoff hingeht (wenn Wasserstoff wegfliegt) und eine Reihe anderer Probleme, aber selbst wenn Magnetfeld nicht stark genug ist, kann anfänglich mehr Wasser helfen, und selbst ein nicht starkes Feld schützt bis zu einem gewissen Grad, dh eine glückliche Kombination ist möglich. Es kann auch höheren Druck erklären, aber reiner Sauerstoff ist nicht sicher,

Auch eine der möglichen Wasserquellen für die Erde waren vielleicht Asteroiden oder der Ursprung des Wassers auf der Erde

Wie viel Wasser der jeweilige Planet bekommt, hängt also von Entstehungsprozessen dieses speziellen Systems und etwas Glück ab, das heißt, man kann wissenschaftlich korrekt, nach heutigem Wissensstand, beliebige Anfangswassermengen auf einem bestimmten Planeten einstellen.

Die größere Oberfläche lässt mehr Raum zum Leben

Die Erde ist groß genug, um jede biologisch mögliche große Kreatur zu ernähren, und es war eine Zeit, in der sie sie unterstützte.

Kurz gesagt, 6 bar Druck sind kein Problem, für Ihren Planeten.

Sie stellen viele separate Fragen, ich antworte nur auf das Magnetfeld.

Die Erde hat ein großes Magnetfeld, weil ihr rotierender geschmolzener Eisenkern als Dynamo wirkt, der aufgrund der Rotation elektrische und magnetische Felder erzeugt.

Die Gesamtdichte Ihres Planeten bedeutet, dass er höchstwahrscheinlich keine nennenswerten Mengen an Eisen oder anderen schwereren Elementen enthalten würde, sodass ihm höchstwahrscheinlich ein Magnetfeld fehlen würde, es sei denn, er hätte einen anderen Mechanismus, um eines zu erzeugen.

Ich möchte darauf hinweisen, dass Titan, der große Saturnmond, weniger als die Oberflächengravitation oder Fluchtgeschwindigkeit der Erde hat und dennoch eine dichtere Atmosphäre hat.

Natürlich würden die Faktoren, die es Titan ermöglichten, seine Atmosphäre zu erlangen und zu behalten, wahrscheinlich nicht funktionieren, wenn diese Atmosphäre eine ähnliche chemische Zusammensetzung und Temperatur wie die Erdatmosphäre haben müsste.

In ähnlicher Weise hat die Venus eine etwas geringere Oberflächengravitation und Fluchtgeschwindigkeit als die Erde und eine um ein Vielfaches dichtere Atmosphäre – wiederum mit einer stark unterschiedlichen Zusammensetzung und Temperatur.