Plausibilität von heliumdominierten Atmosphären auf Supererden

Ich habe dieses hilfreiche Diagramm oft für den Aufbau von Welten verwendet.

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Nun kam mir in den Sinn, dass Helium massiver ist als Wasserstoff, also ein Szenario, wo Wasserstoff entweicht, Helium aber zurückgehalten wird, ist denkbar und wird durch das Diagramm nahegelegt. Da diese Linie der Heliumretention, aber des Wasserstoffaustritts zwischen den Eisriesen und terrestrischen Planeten liegt, kommen Supererden als plausible Kandidaten für solche Atmosphären in den Sinn. Schließlich könnte eine Supererde ein Mini-Eisriese oder ein riesiger terrestrischer Planet sein. Daher habe ich die beiden folgenden Szenarien entworfen und möchte Sie bitten, diese hinsichtlich ihrer Plausibilität zu kritisieren. Wenn Sie weitere Gedanken zu diesen Welten haben, würde ich sie auch gerne hören. Diese Frage und diese Antwort besonderslieferte bereits einige interessante Informationen über die Bedingungen auf einem Planeten mit Heliumatmosphäre.

Nass

Als massearmer Eisriese/Mini-Neptun/Dickhüllen-Supererde (ca. 8,5 Me) bildete sich Wet außerhalb der Frostgrenze und wanderte nach innen, wo es heiß genug wurde, dass seine Wasserstoffhülle entweichen konnte (ca .230K). Nach meiner Rückseite der Hüllkurvenberechnungen sollte eine 95% + Heliumhülle von etwa 0,2 Me beibehalten werden. Dieses Setup klingt ziemlich ähnlich wie Sols Eisriesen, daher sollte eine ähnliche interne Struktur erwartet werden; eine stereopalagische Ozeanwelt mit einem HO2-, CH4- und NH3-Ozean, der tief unten zu exotischem Eis erstarrt.

Trocken

Trocken ist eine felsige Supererde, die sich innerhalb der Frostgrenze mit einem beträchtlichen Eisenkern (ca. 2 Me, ca. 1 Re) gebildet hat. Wie die Erde sammelte er eine ursprüngliche Hülle aus Wasserstoff und Helium, verlor jedoch im Gegensatz zur Erde nur den Wasserstoff und einen kleinen Bruchteil des Heliums, als sein Mutterstern zündete. Ich gehe davon aus, dass der plausible Druckbereich eines solchen Planeten bis zu 1000 atm Helium reichen könnte (ich ziehe das aus dem Hut, was wäre eine plausible Zahl?), aber Dry ist eine moderate Jagd seit den 400 K heiß Planet verlor einen erheblichen Teil des Heliums während eines großen Einschlags. Somit enthält die Atmosphäre von Dry 5 atm He und 1,6 atm N2. Abgesehen vom Helium wirkt es überraschend erdähnlich.

Sind diese Szenarien von Heliumatmosphären plausibel oder gibt es Probleme, die ich übersehen habe?

EDIT1: Es wurde darauf hingewiesen, dass die Existenz einer ursprünglichen Wasserstoff-Helium-Atmosphäre auf der Erde unbewiesen ist. DRY ist möglicherweise unmöglich.

Ist Ihnen der Begriff „Gaszwerg“ schon einmal begegnet? Siehe auch Kepler 138d für einen Planeten, der angesichts seiner Größe eine überraschend geringe Dichte zu haben scheint.
@StarfishPrime Ich habe, beziehe mich aber nicht auf einen Planeten in der Größe einiger Erdmassen, der fast ausschließlich aus Wasserstoff besteht, der am äußeren Rand eines Sonnensystems gefunden wurde?
@MorrisTheCat Ziemlich interessant und entspricht relativ meinen Gedanken. Es klingt nach einem Szenario für WET, wenn es weiter nach innen wandern würde. Die Details über die Entwicklung der Atmosphäre sind genau das, was ich suche.
Nein, nur eine Welt geringer Dichte zwischen der Masse von Erde und Neptun (geben oder nehmen Sie ein bisschen, siehe Kepler 138d usw.). Orbitalradius ist nicht angegeben.
Es fällt mir schwer, gute Mathematik zu diesem Thema zu finden, aber mein GEFÜHL ist, dass Ihr Trockenszenario mehr Masse als das erfordern wird. BEARBEITEN: Oh hey, das könnte helfen: astronomy.stackexchange.com/questions/21211/…
@MorrisTheCat Der Link spricht von radioaktivem Zerfall, der eine Heliumatmosphäre erzeugt. Das ist nicht das, wonach ich suche. Es ist unbestritten, dass sogar die Erde früher eine H2/He-Atmosphäre hatte. Mit der Masse könntest du aber recht haben.
@TheDyingOfLight "unbestritten, dass sogar die Erde früher eine H2/He-Atmosphäre hatte" ??? Bist du dir da sicher? Wo die Erde entstand, gab es fast kein Helium und das wenige Wasserstoff war in Form von gefrorenem Eis vorhanden. Ich glaube nicht, dass das eine genaue Behauptung ist.
@userLTK Nun, hier ist eine lustige Geschichte. Wikipedia behauptet, dass die erste Atmosphäre aus Sonnennebelmaterial bestand, ebenso wie alle anderen Websites, die sich mit der Entwicklung der Erdatmosphäre befassen. Aber als ich mir das von Wikipedia zitierte Papier ansah, sagte es, dass es keine Beweise für eine so frühe Atmosphäre gibt ... Sie haben Recht.
Wenn alle anderen Gase ausfrieren (oder sich zumindest verflüssigen), ist dies eindeutig der "einfache" Weg, um eine Atmosphäre zu haben, die hauptsächlich aus He besteht.
Ihn festzuhalten ist eine Sache, aber ihn überhaupt zu erfassen eine ganz andere. Ich schlage Folgendes vor: arxiv.org/abs/1401.2765 adsabs.harvard.edu/abs/2018A%26ARv..26....2L
@Arkenstein Danke für die Papiere
Ich bin kein Experte, aber könnte es einer erdähnlichen Welt nicht ermöglichen, durch eine Gaswolke / einen Gasnebel zu gehen, um viel Helium als Atmosphäre einzufangen? Vielleicht sogar nachdem es seiner eigenen Atmosphäre beraubt wurde. Das Problem hier ist, denke ich, dass das Durchqueren einer Gaswolke wie dieser den Stern ernähren und ihn heißer brennen lassen würde, so dass mehr von der Atmosphäre weggeblasen werden könnte. Die Frage ist jedoch: Wollen Sie, dass sich auf Ihrer Welt Leben entwickelt?
Wird es noch andere Komponenten in der Atmosphäre geben? Was ist mit der durchschnittlichen Planetentemperatur? Zusammensetzung und Dichte spielen dabei eine große Rolle.
Meine Frage ist, warum kann sich das nicht einfach sehr selten bilden, wie warum kann es nicht sein, dass ein Gasriese, einer von Billionen Quintillionen, zufällig eine von Helium dominierte Atmosphäre hat?
@MichaelH. Diese Dinge können sein, wie auch immer sie sich entwickeln könnten. Bei dieser Frage geht es nicht um die spezifischen Bedingungen auf einem Planeten mit einer von Helium dominierten Atmosphäre, sondern um die Plausibilität eines Weges in der planetaren Evolution, der zu einem solchen Aufbau führt. Da ich darauf hingewiesen habe, dass Supererden gute Kandidaten für ein Helium-Setup sind, wird ihre Vielfalt eine große Anzahl unterschiedlicher Bedingungen schaffen.
@skout Nun, sicherlich. Wenn Sie eine nahezu unendliche Anzahl von Versuchen vorschlagen, wird schließlich sogar das unwahrscheinlichste Ergebnis eintreten. Es macht nichts, dass diese Heliumgasriesen häufiger/wahrscheinlicher werden, wenn das Universum altert. Aber ich suche nach der Wahrscheinlichkeit einer bestimmten Klasse von Supererden mit Heliumatmosphäre.

Antworten (1)

Beim Stöbern im Mare Magnum des Internets bin ich auf Heliumplaneten gestoßen

Ein Heliumplanet ist ein Planet mit einer von Helium dominierten Atmosphäre. Dies steht im Gegensatz zu gewöhnlichen Gasriesen wie Jupiter und Saturn, deren Atmosphäre hauptsächlich aus Wasserstoff besteht, mit Helium nur als Nebenbestandteil. Heliumplaneten können auf verschiedene Weise entstehen. Gliese 436 b ist ein möglicher Heliumplanet.

Es wird erwartet, dass Heliumplaneten von normalen wasserstoffdominierten Planeten durch starke Hinweise auf Kohlenmonoxid und Kohlendioxid in der Atmosphäre unterscheidbar sind. Aufgrund des Wasserstoffmangels kann sich das erwartete Methan in der Atmosphäre nicht bilden, da es keinen Wasserstoff gibt, mit dem sich der Kohlenstoff verbinden kann, und daher verbindet sich Kohlenstoff mit Sauerstoff und bildet CO und CO2.

heiße Neptun-Atmosphäre

Ein möglicher Heliumplanet könnte Gliese 436 b sein

Die Oberflächentemperatur des Planeten wird aus Messungen beim Vorbeigehen hinter dem Stern auf 712 K (439 ° C; 822 ° F) geschätzt. Diese Temperatur ist deutlich höher als zu erwarten wäre, wenn der Planet nur durch die Strahlung seines Sterns erwärmt würde, die vor dieser Messung auf 520 K geschätzt wurde. Welche Energie Gezeiteneffekte auch immer an den Planeten liefern, es beeinflusst seine Temperatur nicht wesentlich. Ein Treibhauseffekt könnte die Temperatur auf viel höhere Grade als die vorhergesagten 520–620 K ansteigen lassen.

Als der Radius jedoch bekannter wurde, reichte Eis allein nicht aus, um ihn zu erklären. Auf dem Eis wäre eine äußere Schicht aus Wasserstoff und Helium mit einer Masse von bis zu zehn Prozent erforderlich, um den beobachteten Planetenradius zu berücksichtigen. Dies vermeidet die Notwendigkeit eines Eiskerns. Alternativ kann der Planet eine Supererde sein.

Wenn sich der Heliumplanet durch den Verlust von Wasserstoff bildet, ist das nasse Szenario weniger plausibel: Es würde zu wenig Wasserstoff geben, um große Mengen Wasser zu bilden.

Plausibilität von heliumdominierten Atmosphären auf Supererden
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