Realitätscheck: Bewohnbarer Mond um erdähnlichen Planeten

Für ein komplexes Weltenbau-Szenario möchte ich einen bewohnbaren Mond, der einen bewohnbaren erdähnlichen Planeten umkreist. Der bewohnbare Mond soll eine möglichst erdähnliche Flora, Fauna und Landschaft ermöglichen. Dasselbe gilt für den bewohnbaren erdähnlichen Planeten, den er umkreist.

Ich habe die verschiedenen Themen rund um bewohnbare Monde überprüft:

Basierend auf dem, was ich dort gelesen habe, insbesondere der Antwort von Jim2B hier , habe ich mit diesem Rechner den folgenden Mond erstellt :

  • Masse: 0,33 der Masse der Erde (ca. 3-fache Masse des Mars)
  • Dichte: 1,3 der Erddichte (weil ich eine höhere Oberflächengravitation möchte)
  • Radius: 0,6332 der Erdmasse (berechnet von der Anwendung unter Verwendung von Masse und Dichte als gegeben)

Das alles wird vom Programm berechnet:

  • Durchmesser = 8070 km
  • Dichte = 7,176 g/cm³
  • Fläche = 204,5 Millionen Quadratkilometer
  • Roche Limit = 1000 km (nächstmöglicher natürlicher Satellit)
  • Oberflächengravitation = 0,83 Gs
  • Geosynchrone Umlaufbahnentfernung = 24820 km oder Meilen (von der Oberfläche des Planeten)
  • Geosynchrone Orbitalgeschwindigkeit = 2,13 km/s oder Meilen pro Sekunde

Maximale Oberflächentemperatur*, um eine atmosphärische Komponente über Milliarden von Jahren zu halten, für jede Art von Gas:

  • Kohlendioxid? 2972 °C
  • Sauerstoff? 2087 °C
  • Helium? 22 Grad
  • Wasserstoff? -126 °C

Könnte es einen solchen Mond geben? Und wenn nicht, welche Änderungen wären nötig, um diesen Mond um einen erdähnlichen Planeten zu ermöglichen?

Bitte beachten Sie insbesondere folgende Punkte:

  • Dichte des Mondes: Ich brauche sie so hoch wie möglich, damit die Oberflächengravitation des Mondes ungefähr 1 g beträgt. Beim Herumspielen mit dem Taschenrechner habe ich mich auf die 1,3-fache Dichte der Erde festgelegt, was eine Oberflächengravitation von 0,83 Gs ergibt. Das bedeutet eine Dichte von 7,176 g/cm³. Ist diese Dichte erreichbar, indem immer noch eine ähnliche elementare Zusammensetzung wie auf der Erde beibehalten wird? Wenn nicht, könnte dies erreicht werden, indem ein Teil des Eisens durch ein dichteres Element ersetzt wird? Welche Eigenschaften müsste ein solches Element haben?
  • Atmosphäre: Könnte dieser Mond angesichts der Oberflächentemperaturen die notwendige Atmosphäre aufrechterhalten?
  • Erdähnlicher Planet, den der Mond umkreist: Dieser Planet hat ungefähr die gleiche Masse und den gleichen Radius wie die Erde. Wenn eine größere Masse und/oder Oberfläche notwendig ist, um einen solchen Mond zu haben, wäre das in Ordnung, solange die Dichte des erdähnlichen Planeten geringer sein könnte, um die Oberflächengravitation dieses Planeten bei 1 G zu halten.
  • Entfernungen zwischen Planet und Mond: Keine besonderen Anforderungen. Kann alles sein, damit diese Planet-Mond-Beziehung funktioniert.
  • Größenverhältnisse zwischen Planet und Mond: Anscheinend würden Akkretionsscheibenformationen einen so großen Mond im Vergleich zum Planeten unwahrscheinlich machen, aber wäre es unmöglich? Könnte es eine andere wissenschaftliche Erklärung für einen Planeten mit einem so großen Mond geben, zum Beispiel einen "Schurkenmond", der vom Planeten eingefangen wurde ( Theia statt einer Kollision eingefangen), der Mond Trümmer des Planeten selbst sind oder etwas anderes? Diese alternative Erklärung kann unwahrscheinlich sein, solange sie wissenschaftlich fundiert und überhaupt möglich ist.
Dies ist wirklich gut recherchiert und Requisiten zum Überprüfen anderer Antworten auf dieser Website. +1, hoffentlich finden Sie Ihre Antwort.
Es ist mir ein Rätsel, aber ich würde vorschlagen, dass ein Mond mit einer deutlich anderen Dichte als sein Wirtsplanet wahrscheinlich ganz eingefangen wurde, anstatt durch eine Planetenkollision aus seinem Wirt herausgeschleudert zu werden (wie es bei unserem Mond angenommen wird). Viel Glück!
Es gibt eine Sache, die Sie meiner Meinung nach übersehen haben, und das ist, dass die Erde zu einem nicht geringen Teil eine Atmosphäre hat, weil sie durch das Erdmagnetfeld vor den Sonnenwinden geschützt ist. Der Mond hat kein solches Feld.
Beachten Sie, dass diese Temperaturzahlen für die Thermosphäre gelten, nicht für die Planetenoberfläche. Die Thermosphäre der Erde liegt im Bereich von 2000 °C.
Denken Sie daran, die große Menge an Schwermetallen zu berücksichtigen, die durch eine höhere Dichte angezeigt werden.
Vielen Dank an alle für die Kommentare und Ratschläge! @RobertHarvey Dieser Mond sollte nicht gezeitengesperrt sein und sich mit einem geschmolzenen Eisenkern drehen und somit das notwendige Magnetfeld erzeugen.
@LorenPechtel Gerade deshalb befürchte ich, dass die Temperaturen in der Thermosphäre des Mondes für Sauerstoff etwas zu hoch und für Helium und Wasserstoff definitiv zu hoch sind, obwohl die beiden letzteren nicht so wichtig sind.
Möchten Sie, dass dieses System über geologische Zeitskalen stabil ist?
@B.fox Ja, das wäre ideal. Es muss aber nicht ewig stabil sein. Nur ein paar tausend Jahre kürzer, als heute Erde und Mond nebeneinander existieren (wenn man von einem ähnlichen Sonnensystem in Bezug auf Alter und Entwicklung ausgeht wie unseres). Der wichtigste Punkt ist, dass Terruh (wie John den erdähnlichen Planeten nannte) jederzeit eine stabile Umlaufbahn halten wird, unabhängig davon, was mit dem Mond/kleinen Planeten passiert. Und letzterer sollte sich zumindest in einer ausreichend stabilen Umlaufbahn um Terruh befinden, um von dort bis zum vorgenannten Zeitpunkt als Mond sichtbar zu sein.

Antworten (3)

Es liegt definitiv im Bereich des Möglichen.

Ganz schnell zuerst, Definition von Begriffen, um den Vergleich zu erleichtern (ich hasse das Pronomenspiel wirklich):
Erde: Unser Planet.
Luna: Unser Mond.
Terruh: Der Planet, den dein Mond umkreist (da es definitiv nicht Terra ist, verstanden? Okay, harte Menge.)
Lunuh: Dein Mond (da es ... okay, gut ist.)

Dichte: Sie benötigen Lunuh, um eine durchschnittliche Dichte von etwa 7,2 g/cm3 zu haben. Das ist praktikabel. Hier ist eine Listeder ungefähren Dichte verschiedener "Schichten" der Erde - Krusten, Mantel usw. Für Lunuh möchten Sie, dass entweder die Schichten mit höherer Dichte dicker / größer sind (relativ gesehen) ODER die Dichten selbst zunehmen. Die Dichtezunahme ist wahrscheinlich am einfachsten – zum Beispiel ist der innere Kern der Erde eine Eisen-Nickel-Legierung, die zu etwa 80 % aus Eisen besteht, aber Nickel ist dichter als Eisen, sodass eine Erhöhung der Nickelmenge zu einer Zunahme der Dichte führen würde. Sie könnten zum Beispiel auch versuchen, die Mächtigkeit des Mantels zu verringern, aber ich habe nicht genug geologische Erfahrung, um zu wissen, was passieren würde, wenn Sie das versuchen würden. Aber auf der positiven Seite wird der Eisen-Nickel-Kern Lunuh ein schönes Magnetfeld geben, was gut für die Bewohnbarkeit ist.

Atmosphäre: Ja, es könnte definitiv eine atembare Atmosphäre aufrechterhalten werden, wenn die notwendigen Gase vorhanden wären. Beachten Sie, dass die angegebenen Zahlen für die maximale Temperatur gelten. Je höher die Temperatur, desto schneller bewegen sich die Moleküle und desto wahrscheinlicher ist es, dass sie in den Weltraum entweichen. Da Lunuh keine Temperaturen von 2000°C erreichen wird (weil wir, wissen Sie, bei unserem Besuch nicht schmelzen wollen), wird es definitiv in der Lage sein, eine Sauerstoff/Stickstoff-Atmosphäre zu halten.

The Planet: Terruh kann kein Problem sein. Seine Existenz ist ein eigenes Problem, abgesehen davon, dass Lunuh es umkreist. Es gibt Nebenwirkungen eines so großen Mondes, wie deutlich größere Gezeiten und hellere Nächte, aber das sind keine Existenzprobleme.

Entfernungen: Es ist gut, dass Sie keine Anforderungen für die Entfernung zwischen Terruh und Lunuh haben, da dieser Mond ein ganzes Stück weiter von Terruh entfernt sein muss als Luna von der Erde. Sie haben angegeben, dass Lunuh 1/3 der Masse des Mars haben wird, was bedeutet, dass es etwa die neunfache Masse von Luna sein wird ( WA-Link ). Um die gleiche Gravitationskraft zwischen Terruh und Lunuh wie zwischen Erde und Luna zu erhalten, müsste Lunuh dreimal so weit von Terruh entfernt sein, wie Luna von der Erde entfernt ist. Mehr dazu in einer Sekunde.

Größenverhältnisse: Wie @HenryTaylor in einem Kommentar sagte, wäre es wahrscheinlicher, dass es eingefangen als durch Einschlags- oder Akkretionsscheibe gebildet wurde. Meine beste handgewellte Erklärung würde darin bestehen, dass Terruh Lunuh während des turbulenten frühen Lebens des Sonnensystems eingefangen hat, aber da die Planetenentstehung im Allgemeinen noch weitgehend im Bereich der Hypothesen liegt, kann ich nicht zu viel sagen, was die wissenschaftliche Strenge betrifft betroffen.

Also alles in allem sieht es ok aus. Wir können große Monde haben, aber ab einem bestimmten Punkt müssen wir uns fragen, ob es wirklich nur zwei Planeten sind, die sich umkreisen.

Das Hauptproblem, das ich sehe, ist das Problem der Gezeitensperre. Luna ist durch die Gezeiten an die Erde gebunden, weshalb wir immer nur eine Seite davon sehen. Wenn Lunuh mit Terruh in Kontakt kommt, könnten die Dinge problematisch werden, was die Bewohnbarkeit betrifft. Denken Sie daran, dass Luna von der Erde dreimal so weit von Terruh entfernt ist, dass seine Umlaufbahnentfernung (relativ zum Planeten) also sechsmal so groß ist wie die von Luna. Unter der Annahme der gleichen Umlaufgeschwindigkeit (nicht sicher, ob / wie viel sie sich ändern müsste, um eine stabile Umlaufbahn zu erreichen), würde dies einen Tag-Nacht-Zyklus von sechs Monaten (in Erdzeit) haben. Das ist nicht gerade förderlich für das Leben, also kann es absolut nicht gezeitengesperrt werden. Aber ansonsten scheint es gut zu funktionieren.

Ich frage mich, ob Terruh auch mit Lunuh verbunden wäre. Ihre Gedanken? Dies ist näher an einem Doppelplaneten als an einem Standardplaneten und -mond, daher ist es wahrscheinlich, dass beide Körper ein gemeinsames Baryzentrum umkreisen, anstatt dass Lunuh Terruh umkreist, wie Luna die Erde.
@a4android Gut möglich. Hängt natürlich von der genauen Konfiguration ab, aber ich kann definitiv sehen, dass es sich so abspielt, als wären Pluto und Charon miteinander verbunden und umkreisen ein Baryzentrum außerhalb von Pluto. Das würde natürlich zu allen möglichen Problemen in Bezug auf die Bewohnbarkeit führen (wenn sie gezeitengesperrt sind, müssen sie sehr lange Tage und Nächte haben).
@JohnRobinson Vielen Dank für Ihre ausführliche Antwort. Nur eine Klarstellung von mir: Die Masse des Mondes beträgt 1/3 der Masse der Erde, also die dreifache Masse des Mars. Ich habe das vielleicht verwirrend formuliert, also habe ich diesen Teil bearbeitet, um es klarer zu machen. Gibt es eine Möglichkeit, Gezeitensperren zu vermeiden und dies als Doppelplanetensystem zu haben? Der Mond kann weniger Masse haben, es ist nur die hohe Dichte, die ich brauche, und weniger Masse bedeutet eine noch höhere Dichte, die das Mögliche ausdehnt, wenn ich immer noch möchte, dass der Mond auf der Oberfläche erdähnlich ist. Soll ich dafür eine neue Frage stellen?
@DerGreif Es gibt keine Möglichkeit, die Gezeitensperre vollständig zu verhindern. Es wird jedem Objekt in der Umlaufbahn um ein anderes passieren, wenn ihm genügend Zeit gegeben wird. Wenn alle Dinge gleich sind, wird es bei großen Objekten schneller passieren als bei kleinen Objekten. Es ist jedoch bekannt, dass die Zeit, die zum Sperren benötigt wird, VIEL Unsicherheit in der Berechnung hat, sodass Sie wahrscheinlich davonkommen könnten, zu sagen, dass sie noch nicht gesperrt sind.
@DerGreif Obwohl, wenn Sie 1/3 der Masse der Erde betrachten, wird es definitiv ein System sein, das ein Baryzentrum außerhalb eines der beiden Objekte umkreist. Pluto und Charon sind ein solches System, und Charon macht nur 12 % von Plutos Masse aus.
@JohnRobinson. Ganz so, je nach Konfiguration. Ich dachte auch an Pluto-Charon. Es muss nicht gezeitengesperrt sein, aber es könnte dorthin gelangen. Nichts davon hindert den Mond daran, bewohnbar zu sein, was mehr von seiner Atmosphäre und Oberflächenumgebung abhängt.
Wenn Sie es wirklich weit weg platzieren, sollten Sie sich Gedanken über die Hill-Sphäre machen. Die Erde hätte Probleme, ein so weit entferntes Objekt zu halten. Es würde erfordern, nahegelegene Planeten loszuwerden, um gravitative Wechselwirkungen zu verhindern.
Gute Antwort! Ich denke, ich würde mir Sorgen um atmosphärisches Strippen machen. Lunuh ist klein genug, dass eine gute Chance besteht, dass der Kerndynamo abschaltet und kein Magnetfeld hinterlässt. Zwischen diesem und seinem Brunnen mit geringerer Schwerkraft wäre das Abstreifen der Atmosphäre durch den Sonnenwind ein ernstes Problem. Lunuh ist viel größer als der Mars, was das Problem in gewissem Maße vermeidet, aber der Mars hat vor 4 Milliarden Jahren seine Atmosphäre verloren. Selbst wenn Lunuh noch ein paar Milliarden Jahre länger gehalten hat, ist es jetzt immer noch luftleer. Außerdem ist der Sonnenwind im Erdorbit stärker als im Marsorbit.
Wenn Lunuh hart getroffen wurde, hat sich sein Spin möglicherweise erheblich erhöht. Daher könnte die aktuelle Drehung zufällig für die Geschichte günstig sein, da sich die induzierte Drehung verlangsamt hätte. Außerdem kann ein großer Schlag den Kern wieder aufgeheizt haben, um ihn länger am Laufen zu halten.

Was Sie hier haben, ist wirklich ein Doppelplanet. Ich würde empfehlen, einfach das zu tun und zwei ziemlich ähnliche Planeten zu haben, die ihren gemeinsamen Schwerpunkt umkreisen. Das lässt Sie das Dichteproblem loswerden und macht es einfach zu akzeptieren, dass beide eine ziemlich schnelle Rotation und daher Magnetfelder und vernünftige Atmosphären haben.

Eine solche Doppelplanetenform zu haben ist ziemlich unwahrscheinlich, aber es ist nur unwahrscheinlich, nicht unmöglich.

Als Bonus macht es die Tatsache, dass zwei potenziell lebenstragende Planeten so nahe beieinander liegen, positiv plausibel, dass sich Leben von einem zum anderen über Bakterien ausbreiten könnte, die auf Trümmern von Aufprallereignissen auf einem Planeten getragen werden, die zufällig den anderen Planeten treffen.

Ergänzung: Es gibt keinen grundsätzlichen Unterschied zwischen einem großen Mond mit einem Bruchteil der Masse des Planeten und einem Doppelplaneten. In beiden Fällen umkreisen beide ein Baryzentrum, es ist nur so, dass ein größerer Mond bedeutet, dass das Baryzentrum weiter vom Zentrum des Planeten entfernt ist. Aber das macht keinen großen Unterschied.

Wenn der Mond explodieren wird, müssen Sie überlegen, was mit den Trümmern passiert. Wenn der Mond auseinandergesprengt wird und sich in alle Richtungen ausbreitet, sind die Brocken, die den Planeten treffen, mehr als ausreichend, um ein Aussterben zu verursachen.

Wenn Sie den Mond auf eine Weise entfernen, die den Planeten nicht beschädigt, wird der Verlust des Mondes die Umlaufbahn des Planeten stören, und zwar auf eine Weise, die von ihrer Position relativ zur Sonne abhängt, wenn der Mond verschwindet.

Interessante Antwort. Ich habe dafür gestimmt. Sehen Sie eine Chance, dies als echtes Planeten-Mond-System zu haben? das ist wirklich wichtig für mich (abgesehen davon, dass der Mond bewohnbar ist).
Es tut mir leid, aber ich verstehe nicht ganz, was Sie fragen. Könntest du es ein bisschen auspacken?
Entschuldigung, Englisch ist natürlich nicht meine Muttersprache. Ich brauche den Mond, um den Planeten zu umkreisen, weil ich irgendwann den Mond in die Luft jagen möchte und ich befürchte, dass, wenn der Mond und der Planet ein Baryzentrum umkreisen würden, dies den Planeten und seine Bewohnbarkeit stark beeinträchtigen würde. Wenn ich da falsch liege, dann geht es mir gut mit einem Baryzentrum, das von beiden umkreist wird.
Zu meiner Antwort hinzugefügt.

Das klingt für mich plausibel. Große Monde entstehen manchmal in hydrodynamischen Simulationen von Rieseneinschlägen zwischen Protoplaneten in den späten Stadien der Planetenentstehung. Der schwierigste Teil zu kaufen ist die Dichte. Merkur hat viel mehr Eisen als die Erde, aber seine Dichte ist ungefähr gleich, weil er bei geringerer Schwerkraft weniger komprimiert ist. Wir kennen auch keine Exoplaneten mit Dichten, die auf eine viel eisenreichere Zusammensetzung als die Erde hindeuten (obwohl sie sehr schwer zu messen sind).

UPDATE: Es ist jetzt ein Exoplanet mit 2,6 Erdmassen bekannt, der eine Merkur-ähnliche Zusammensetzung aufweist – siehe https://en.wikipedia.org/wiki/K2-229b

Dichte ist hier tatsächlich der Trick. Die Erde ist ohne eine absurde Zusammensetzung schon ziemlich nahe daran, so dicht wie möglich zu sein; Nachdem Sie über Eisen hinausgegangen sind, werden die späteren (dichteren) Elemente des Periodensystems im Universum deutlich seltener. Außerdem ist Eisen für die Erzeugung des Erdmagnetfelds verantwortlich, und dieser hypothetische Mond wird eines benötigen, um jegliches Leben vor UV-Strahlung usw. abzuschirmen. Sie können also keinen realistischen Planeten mit einer viel höheren Dichte als der Erde bekommen Ich denke, das OP muss den Mond vergrößern oder die Schwerkraft verringern, damit dies funktioniert.
@Palarran Es könnte auch eine gefangene Leiche sein. Capture-Mechaniken auf einer Welt dieser Größe sind ... knifflig ... aber es ist ein großes Universum - wenn es passieren kann, wird es passieren.
@UIDAlexD Ich habe über die Grenzen der tatsächlichen Zusammensetzung des Mondes gesprochen, nicht unbedingt darüber, wie es dazu kam. Alle Elemente des Periodensystems nach Eisen (die dichteren Metalle, die benötigt würden) werden durch Supernovae erzeugt. Die Mengen dieser Metalle sind im Vergleich zu den leichteren Elementen geradezu winzig. Mit anderen Worten, Sie können realistischerweise keinen Planetenkörper mit einer Dichte erhalten, die wesentlich größer ist als die der Erde (hauptsächlich aus Eisen und Silizium zusammengesetzt), nicht wenn Sie möchten, dass er annähernd erdgroß bleibt. Man könnte sagen, es ist theoretisch möglich, aber niemals glaubhaft.
Ich bin bereit, den Realismus der Dichte einem ansonsten seltenen Element zuzugestehen, das einen größeren Teil dieser planetaren Zusammensetzung ausmacht. aber danke, dass Sie das erklärt haben, ich habe entsprechend positiv gestimmt.
@Palarran: Vielleicht könnte der Mond fast vollständig aus Eisen und Nickel bestehen, mit nur einer dünnen, felsigen Kruste. Sogar Merkur hat immer noch einen beträchtlichen Mantel - Sie könnten die Dichte deutlich über die der Erde hinaus erhöhen, indem Sie diesen ebenfalls durch Ferronickel ersetzen.
Realitätscheck: Bewohnbarer Mond um erdähnlichen Planeten
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