Was ist die größtmögliche Erscheinung eines Himmelskörpers am Himmel?

Das Erste, woran Sie denken sollten, ist, dass Sie, wenn Sie sich einem kugelförmigen Objekt nähern, nur einen Teil seiner Oberfläche ( den Horizont ) sehen können. Daher der Winkeldurchmesser eines Körpers mit Radius$r$aus der Ferne von der Oberfläche betrachtet$h$wird sein$2\sin^{-1}\frac{r}{r + h}$.

(Dies bedeutet auch, dass der maximale Winkeldurchmesser eines Himmelsobjekts ( z. B. der Galaxie, in der Sie sich befinden) für jemanden, der auf einem Mond oder Planeten steht, größer als 180 ° sein wird, es sei denn, diese Person hat eine Höhe von Null, aber das ist nicht nützlich Antwort auf deine Frage)

Diese tendiert eindeutig zu maximal 180° als$h$tendiert gegen Null, also müssen Sie das Größte finden, das Sie finden können, und es so tief wie möglich umkreisen. Das größte Objekt, das derzeit von Menschen in einer kurzfristig stabilen Umlaufbahn sichtbar ist, ist die Erde, von der ISS aus gesehen. Mit einer Höhe von 408 km und einem Äquatorialradius von 6378,1 km beträgt der Winkeldurchmesser der Erde 140°3'42.68'', und obwohl die ISS bewohnbar ist, kann man als solche nicht wirklich darauf stehen, also ist sie es nicht. Das ist keine Antwort.

Ich werde die Sonne nicht in Betracht ziehen, da sie einfach ein bisschen zu gefährlich ist.

Das Größte, was man vernünftigerweise von einer ISS-ähnlichen Umlaufbahn im Sonnensystem sehen könnte, wäre Jupiter. Man könnte sich vorstellen, einen geeigneten Körper direkt über Jupiters Exobase zu parken . Die Exobasis der Erde fällt im Allgemeinen nicht unter 500 km, sodass unser theoretischer Mond, wenn er sich knapp darüber befindet, eine stabilere Umlaufbahn als die ISS haben wird. Jupiters Exobasis liegt bei etwa 2300 km . In dieser Höhe wird Jupiter einen Winkeldurchmesser von 151°18'52.44'' haben , größer sogar als die Erde von der ISS aus gesehen.

Die Roche-Grenze für einen Mond wird weitgehend durch die Dichte und die Größe des Körpers bestimmt, den er umkreist:$l_R = R_J \sqrt[3]{\frac{2\rho_J}{\rho_m}}$Wo$R_J$ist Jupiters Radius,$\rho_J$ist Jupiters Dichte und$\rho_m$ist die erforderliche Dichte des Mondes. Das bedeutet, dass alles, was mehr als die doppelte Dichte von Jupiter hat, eine Roche-Grenze hat, die kleiner ist als Jupiters eigener Radius! Jupiter ist ein Gasriese und hat eine ziemlich geringe Dichte von ~1326 km/m ³ . Jupiters eigene Eismonde haben alle eine niedrigere Dichte als diese , aber wenn Ihr theoretischer Mond in geringer Höhe sogar so dicht wäre wie der Mond (3346 km/m ³ ), würde er die Roche-Grenze nicht überschreiten!

Es scheint nicht, dass irgendjemand eine andere Untergrenze für den Mondumlaufbahnradius als die Roche-Grenze in Betracht gezogen hat, daher ist mein Vorschlag derzeit nicht als unplausibel bekannt (Grenzwerte für die Umlaufbahnen und Massen von Monden um derzeit bekannte Transit-Exoplaneten ).

Beachten Sie, dass dies jetzt an der Grenze der Plausibilität liegt . Die langfristige Stabilität der Umlaufbahn des Mondes ist zweifelhaft, und wäre Jupiter nahe genug an der Sonne, damit der Mond in der bewohnbaren Zone wäre, würde die zusätzliche Wärmezufuhr durch Sonneneinstrahlung den Gasriesen erwärmen und seine Atmosphäre und Ihren Mond in geringer Höhe aufblasen würde wahrscheinlich in relativ kurzer Zeit in die Atmosphäre gezogen werden. Da die genaue Beziehung zwischen der atmosphärischen Höhe eines Gasriesen und der Oberflächentemperatur nicht einfach festzumachen ist, könnte dies von Hand geschwenkt werden, da es sich um einen weniger massereichen Riesen als Jupiter handelt, der sich in der Hitze auf die gleiche Größe ausgedehnt hat ... das würde natürlich Dinge wie die Umlaufzeit beeinflussen, aber da Sie in Ihrer Frage nicht danach gefragt haben, muss dies die Antwort nicht im geringsten beeinflussen.

Es setzt jedoch eine ziemlich vernünftige Obergrenze für die scheinbare Größe eines Objekts am Himmel. Es könnte möglich sein, etwas etwas Größeres einzubauen, aber ich habe Probleme, einen plausiblen Grenzwert für Braune Zwerge / Gasriesen zu finden, der Auswirkungen auf die Strahlungserwärmung Ihres Satelliten hat. Ich werde in Zukunft aktualisieren, wenn ich etwas Größeres finde, aber im Moment ist Jupiter ein vernünftiger Stellvertreter für einen sehr großen, nicht schmelzenden Gasriesen.

Hier ist ein einfaches Diagramm mit Winkeldurchmesser und Höhe. Der orangefarbene Kreis markiert Metis , von dem ich glaube, dass es das größte Objekt an seinem Himmel von allen bekannten Körpern im Sonnensystem hat, und mit seiner Oberflächengravitation von einem halben Milligee könnte man durchaus darauf stehen. Sie müssten jedoch einen Lebensraum daran anhängen, um dort leben zu können. An seinem Perijove von 127974 km (entspricht einer Höhe von 56482 km) hat Jupiter einen Winkeldurchmesser von 67°55'27.29'' . Dies ist ein guter Indikator für die beste erreichbare Sicht und eine, die wahrscheinlich stabil bleibt, selbst wenn sich der Mutterplanet aufbläst, wenn er näher an der Sonne gekauft wird.

Dieses Thema der Bewohnbarkeit ist ein separates Thema, das hier in vielen, vielen anderen Fragen und Antworten behandelt wurde, so dass ich hier nicht ins Detail gehen werde. Es genügt zu sagen, dass Ihre Atmosphäre, die den Mond kratzt, bewohnbar sein könnte .

• Es wird von den Gezeiten gesperrt, aber reflektiertes Licht und Strahlungswärme des Hasenriesen halten die Planetenseite warm und hell, und bei einer Tageslänge von etwas mehr als 3 Stunden besteht nur ein geringes Risiko, dass die Nicht-Planetenseite nachts kalt wird , wodurch die üblichen Probleme mit gezeitenabhängigen Welten beseitigt werden.
• Es wird sich gut innerhalb der Magnetosphäre seines Elternteils befinden, sodass es keine eigene erzeugen muss, um seine Atmosphäre zu erhalten.
• In Abwesenheit des Gravitationseinflusses von anderen großen Monden um den Gasriesen können Sie davon ausgehen, dass seine Umlaufbahn ziemlich kreisförmig ist, was bedeutet, dass er nicht unter übermäßiger Gezeitenerwärmung wie Io leidet, das Umlaufbahnresonanzen mit anderen galiläischen Monden hat, die ihn wiederum antreiben massive Gezeitenerwärmung und Vulkanismus.
• Ohne Io-ähnlichen Vulkanismus gibt es keinen Plasma-Torus um den Gasriesen, was den Raum um ihn herum viel weniger feindlich macht als Jupiter.

Alles, was getan werden muss, ist, die Exobasis der Mondatmosphäre von der Exobasis des Gasriesen fernzuhalten, um Probleme mit Luftwiderstand oder Atmosphärenverlust zu vermeiden.

Hier ist ein etwas anderes Diagramm als das übliche Diagramm für atmosphärische Flucht , nur zur Abwechslung. Sie können sehen, dass der Mars genau an der unteren Grenze für die Masse liegt, die erforderlich ist, um eine N ₂ -Atmosphäre aufrechtzuerhalten. ^{Es ist mit ~3900 kg/m 3} auch dicht genug, um vor Zerstörung durch Gezeitenkräfte sicher zu sein. Im Gegensatz zum realen Mars ist ein Marsmond, der sich an einen Gasriesen schmiegt, sicher in der schützenden Magnetosphäre seines Elternteils und sollte daher viel länger an viel mehr Gas festhalten.

Die Skalenhöhe einer Marsatmosphäre mit einer erdähnlichen durchschnittlichen Atmosphärentemperatur von 287 K ist definiert als$H = \frac{k_BT}{mg}$Wo$k_B$ist Boltzmanns Konstante,$T$ist 287K,$m$ist die Masse pro Molekül der Atmosphäre (4,65 x 10 ^-26 kg für N ₂ ) und$g$ist die Oberflächenbeschleunigung aufgrund der Schwerkraft, die für den Mars ~3,7 m/s ² beträgt .$H$ist also ~22,9 km, nicht weit von Jupiter entfernt. Die Skalenhöhe der Erde beträgt etwa 8,5 km und ihre Exobasis beträgt ~500 km. Bei denselben Proportionen würde die Exobasis des Marsmonds bei etwa dem 58,8-fachen ihrer Skalenhöhe oder etwa 1350 km beginnen. In der Praxis könnten Sie mit einem niedrigeren Oberflächendruck als der Erde für eine geringere Exobasishöhe davonkommen, aber dies ist ein angemessener Anfang.

Ihre Mindesthöhe beträgt daher 2300 km (für die Exobasis des Elternteils) + 3400 km (für den Radius des Mondes) + 1350 km (für die Exobasis des Mondes) oder ~7045 km für das Baryzentrum oder nur 2300 km + 1350 km für das nächste U-Boot -Jovianischer Punkt, der immer noch einen ziemlich dramatischen maximalen Jovianischen Winkeldurchmesser von 131° ergibt .

Lassen Sie es uns nach Art des Systems aufschlüsseln, da Planet-Mond- oder Planet-Planet-Systeme andere Einschränkungen haben als Stern-Planeten-Systeme.

Planet-Mond/Planet-Planet-System

Betrachtet man Planeten-Mond- oder binäre Planetensysteme, wird die Antwort auf Ihre Frage immer darin bestehen, auf einem anständigen Mond zu stehen und auf den Wirtsplaneten zu schauen. Ein Mond hat per Definition den Schwerpunkt (Baryzentrum) seiner Umlaufbahn innerhalb des Wirtsplaneten, daher kann man ihn nicht beliebig schwer machen. Wenn wir ein stabiles System wollen, müssen wir uns in einem bestimmten Mindestabstand (der Roche-Grenze) befinden, und wenn wir also die größte Winkelgröße wollen, für die wir den engstmöglichen Abstand wollen, müssen wir die Größe und damit die Masse von erhöhen das Objekt, das wir betrachten. Für die größte Winkelgröße betrachten wir den extremsten Fall eines Systems, bei dem der Beobachter auf einem Mond steht, der einen Riesenplaneten umkreist.

Um die Berechnung etwas einfacher zu machen und die Bewohnbarkeit des Ortes nicht fraglich zu machen, nehmen wir an, der Beobachter steht auf einem Erdanalog.

Die Roche-Grenze (starrer Körper) gibt den Radius an, bei dem die Gravitationskraft des zweiten Körpers gleich der des primären ist, und liefert somit die Mindestentfernung, in der ein Körper umkreisen kann, bevor er von den Gezeitenkräften auseinandergerissen wird.

Einstellung$R_2$Und$M_2$zu den Erdwerten zeigt, dass unsere Mindestentfernung mit der Kubikwurzel der Masse der Primärmasse skaliert. Natürlich wird die Bewohnbarkeit eines solchen Systems fraglich, weil die gefühlte Schwerkraft auf dem Mond je nach Standort sehr unterschiedlich sein wird und gegen Null gehen könnte. Außerdem haben wir uns nicht mit der Wirkung der Gezeitenerwärmung befasst, die auftritt, wenn die Gezeitenkraft des Wirts stark genug ist, um den Mond zu kneten und ihn so durch Reibung zu erwärmen. Das könntest du natürlich zu deinem Vorteil nutzen und der Tatsache entgegenwirken lassen, dass du viel weiter vom Stern entfernt bist als die Erde.

Die Winkelgröße ergibt sich aus dem Radius des Primärteils und dem Abstand mit:

Gasriesen wie Jupiter verhalten sich nicht mehr ganz wie ein durchschnittlicher Gesteinsplanet in dem Sinne, dass der Radius nicht sehr stark mit der Masse zunimmt. Das Gas komprimiert sich und setzt sich im hydrostatischen Gleichgewicht ab, wenn mehr Masse hinzugefügt wird. Wenn wir das äußerste Ende betrachten, kommen wir an die Grenze der Braunen Zwergsterne. Diese ist bei einer Masse von definiert$13 M_{\text{Jupiter}}$, aber der Radius wird nicht sehr unterschiedlich sein$1 R_{\text{Jupiter}}$. Um Wikipedia zu zitieren :

Braune Zwerge haben alle ungefähr den gleichen Radius wie Jupiter. Am oberen Ende ihres Massenbereichs (60–90 MJ) wird das Volumen eines Braunen Zwergs hauptsächlich durch den Elektronenentartungsdruck bestimmt,[26] wie es bei Weißen Zwergen der Fall ist; Am unteren Ende des Bereichs (10 MJ) wird ihr Volumen hauptsächlich durch den Coulomb-Druck bestimmt, wie es bei Planeten der Fall ist. Das Nettoergebnis ist, dass die Radien von Braunen Zwergen über den Bereich möglicher Massen nur um 10–15% variieren.

Die größeren Radien, über die Sie vielleicht von einigen Exoplaneten gelesen haben, sind auf ihre viel heißere Temperatur zurückzuführen, da diese sich sehr nahe an ihrer Sonne befinden. Sie haben ihren Namen „Hot Jupiter“ aus einem bestimmten Grund. Also werde ich diese nicht berücksichtigen und einfach die Größe von Jupiter als unsere maximale Planetengröße nehmen. Wir haben gesehen, dass die Mindestentfernung mit der Masse zunimmt, also ist es eigentlich nachteilig, einen massereicheren Planeten zu nehmen. Das Wegnehmen von Masse über einen bestimmten Punkt hinaus wird unseren Radius wieder verringern, also nehmen wir$M_{\text{Jupiter}}$als unser realistischer Extremfall.

Setzt man das alles in die entsprechenden Formeln ein, ergibt sich eine Winkelgröße von 374000 Bogensekunden oder 104 Grad. Aber Sie werden in einem Abstand von 8,6 Erdradien oder nur 0,78 Jupiterradien kreisen!

Nehmen wir an, wir verdoppeln diesen Orbitalabstand, damit wir uns etwas sicherer fühlen, wir landen bei einer Größe von 65 Grad. An einigen Stellen auf Ihrem Mond fühlen Sie sich vielleicht immer noch etwas leichter ...

Wenn sich das in Bezug auf den Realismus immer noch zu zweifelhaft anfühlt, können wir uns auf Distanz setzen$6 R_{\text{Jupiter}}$(ungefähr wie weit Io Jupiter umkreist). Jetzt hat Jupiter nur noch eine Winkelgröße von etwa 19 Grad (unser Mond hat 0,5 Grad, also ist das immer noch ziemlich groß! :D).

Stern-Planeten-System

Bei Sternen müssen wir die zusätzliche Einschränkung des Flusses berücksichtigen, der von einem Planeten empfangen wird. Das Stefan-Boltzmann-Gesetz sagt uns, dass der von einem Schwarzen Körper (=Stern in guter Näherung) emittierte Fluss in einem Viertel mit der Temperatur skaliert. Wenn wir nicht zu warm werden wollen, wählen wir besser einen kalten Stern (für Sternstandards). Die von einem Stern emittierte Gesamtleistung ist der Fluss multipliziert mit der emittierenden Fläche. Um den Fluss auf der Erde (oder in beliebiger Entfernung) zu berechnen, teilen wir diese Leistung einfach durch die Gesamtoberfläche einer Kugel, deren Mittelpunkt der Stern ist und deren Radius der Entfernung des Planeten entspricht.

Rote Riesen sind hier die perfekten Kandidaten: Sie können bis zu 3000 Kelvin (an der Oberfläche) kühl sein und haben ungefähr 200 Sonnenradien, so dass zunächst angenommen wurde, dass dies die Winkelgröße maximieren könnte.

Wenn wir die Erde als Beispiel für eine gemütliche Flussmenge nehmen würden, können wir diese Formeln kombinieren, um den Fluss auf die neue Temperatur und Entfernung zu skalieren, während alle Konstanten fallen gelassen werden:

also wenn wir setzen$F_1 = F_{\text{Earth}} = F_2$:

Wir lösen nach der neuen Entfernung auf, in der sich unser Planet befinden würde, um den gleichen Fluss von einem Roten Riesen zu erhalten: Dies bringt uns auf etwa das 54(!)-fache der Entfernung Erde-Sonne. Es stellt sich heraus, dass ein Roter Riese viel mehr Fluss erzeugt, obwohl er viel kühler ist (weshalb die Erde verbrannt würde, wenn die Sonne roter Riese wird). Wir setzen die Formel für die Winkelgröße einfach wieder mit dem 200-fachen des Sonnenradius ein und kommen auf eine Winkelgröße von: 7122 Bogensekunden oder ~2 Grad. Das ist immer noch besser als unsere Sonne bei ~0,5 Grad!

Was wäre passiert, wenn wir einen kleinen kalten Stern genommen hätten? Nehmen wir wieder ein Zitat aus Wikipedia :

Die kühlsten Roten Zwerge in Sonnennähe haben eine Oberflächentemperatur von etwa 2.000 K und die kleinsten haben einen Radius von etwa 9 % des Sonnenradius

Wenn wir das in unseren Gleichungen verwenden, ergibt sich eine Entfernung von nur dem 0,01-fachen der Entfernung Erde-Sonne und mit einer Winkelgröße von 16000 Bogensekunden oder 4,4 Grad. Wir haben es tatsächlich besser gemacht! Denken Sie daran, dass die Gezeitensperre aufgrund der sehr geringen Entfernung zum Stern jetzt ein Problem sein könnte, was wiederum die Bewohnbarkeit beeinträchtigen könnte (ganz zu schweigen von den heftigen Fackeln, die bei dieser Art von Sternen auftreten können).

Eine Schlussbemerkung:

Es war eine lustige Übung, die Zahlen dazu zu berechnen, und selbst ich hatte nicht bemerkt, dass Jupiter von Io aus ziemlich groß aussieht! Wie wir gesehen haben, nimmt die Winkelgröße mit der Entfernung sehr schnell ab. Die Entfernungen im Universum sind immens, und die meisten Himmelskörper befinden sich nicht wirklich nahe beieinander, oder wenn doch, sind sie nicht sehr gastfreundlich. Das macht solch schöne Big-Planet-in-the-Sky-Szenarien leider eigentlich ziemlich unwahrscheinlich.

Kurze Antwort:

Viele dieser Bilder könnten so gestaltet sein, dass sie astronomische Objekte durch imaginäre Teleobjektive zeigen. Nach meinen Recherchen hätte das größtmögliche astronomische Objekt von der Oberfläche einer bewohnbaren oder potenziell bewohnbaren Welt aus gesehen einen Winkeldurchmesser von 22,9183 Bogengrad oder etwa 82.505,88 Bogensekunden. Außer dem dritten Teil meiner Frage: Wie würde die Reflektion des Sonnenlichts den Tag/Nacht-Zyklus eines binären Planetensystems verändern? Erläutert eine andere Art von astronomischer Situation, in der zwei astronomische Objekte am Himmel des anderen sehr große Winkeldurchmesser haben können. Möglicherweise die größten Winkeldurchmesser, die möglich sind.

Lange Antwort in sechs Teilen:

Ich habe mich oft mit dem Thema beschäftigt.

Erster Teil: Teleobjektive.

Ich stelle fest, dass Menschen etwas erfunden haben, das Teleobjektive für Stand- und Bewegungskameras genannt werden.

Daher sollten Sie oft Standbilder oder Szenen in Filmen und Fernsehsendungen gesehen haben, in denen der Erdmond riesig zu sein scheint und den größten Teil des Himmels bedeckt. Und der Erdmond bedeckt den größten Teil des winzigen Winkels des Himmels, der in den mit Teleobjektiven aufgenommenen Szenen sichtbar ist.

Und wir haben alle Szenen in Science-Fiction-Filmen gesehen, in denen der Mond einen enormen Winkeldurchmesser zu haben scheint. WIE in ET: The Extraterrestrial , wo ein Fahrrad über das Antlitz des Mondes fliegt, das riesig erscheint. Diese Szenen in Science-Fiction-Filmen sollen den Mond nicht mit einem viel größeren Winkeldurchmesser zeigen, als er tatsächlich hat, sie sollen zeigen, wie die Szene aussehen würde, wenn sie durch ein Teleobjektiv fotografiert würde, das den Mond viel größer erscheinen lässt.

Und ähnlich zeigen viele Illustrationen von außerirdischen Welten und Film- und Fernsehszenen Sterne oder Planeten oder Monde in der Nähe des Horizonts, die einen riesigen Winkeldurchmesser zu haben scheinen. In einigen Fällen wurden die Szenen möglicherweise so gestaltet, dass sie zeigen, was jemand ohne Vergrößerung sehen würde, in anderen wurden sie möglicherweise so gestaltet, dass sie zeigen, wie es durch ein Teleobjektiv aussehen würde, wodurch die Objekte am Himmel viel größer erscheinen, und in vielen Fällen Fällen dachte niemand darüber nach, ob der scheinbare Winkeldurchmesser der tatsächliche Winkeldurchmesser wäre, wie er mit bloßem Auge gesehen wird.

Zweiter Teil: Die Winkelgröße von Sternen.

Ein kleiner Unterschied in der Masse der Hauptreihensterne verursacht einen viel größeren Unterschied in ihrer Leuchtkraft. Eine kleine Zunahme der Masse bewirkt eine größere Zunahme der Leuchtkraft. Eine kleine Abnahme der Masse führt zu einer größeren Abnahme der Leuchtkraft.

Massivere Sterne emittieren auch mehr Licht pro Einheit ihrer Oberflächen. Weniger massereiche Sterne emittieren weniger Licht pro Einheit ihrer Oberfläche.

Ein Planet, der die gleiche Temperatur wie die Erde hat und einen massereicheren und helleren Stern umkreist, muss ihn also weiter umkreisen als die Entfernung, in der der Stern den gleichen Winkeldurchmesser wie die Sonne hätte. Ein Planet mit der gleichen Temperatur wie die Erde, der einen weniger massiven und weniger leuchtenden Stern umkreist, müsste ihn näher umkreisen als in der Entfernung, in der der Stern den gleichen Winkeldurchmesser wie die Sonne hätte.

Astronomen haben die Größe der zirkumstellaren bewohnbaren Zonen von Hauptreihensternen verschiedener Spektraltypen berechnet. Alles, was man tun muss, ist, die Leuchtkraft des Sterns im Vergleich zu der der Sonne zu finden und dann die inneren und äußeren Ränder der zirkumstellaren bewohnbaren Zone der Sonne mit diesem Verhältnis zu multiplizieren.

Leider unterscheiden sich verschiedene Berechnungen der inneren und äußeren Ränder der zirkumstellaren habitablen Zone der Sonne stark, wie diese Liste zeigt:

https://en.wikipedia.org/wiki/Circumstellar_habitable_zone#Solar_System_estimates[1]

Ein Schriftsteller, der mehrere bewohnbare Planeten haben möchte, die denselben Stern umkreisen, muss sehen, ob er sie in eine bewohnbare Zone einpassen kann, die ihm vernünftig und plausibel erscheint. Ein Schriftsteller, der einen und nur einen bewohnbaren Planeten in seinem Sternensystem haben möchte, kann auf Nummer sicher gehen und die erdäquivalente Umlaufbahn für diesen Stern berechnen, eine Umlaufbahn, in der ein Planet genau so viel Strahlung von seinem Stern erhält wie die Erde von der Sonne. Somit würde er wissen, dass ein Planet in dieser Umlaufbahn bewohnbar sein könnte.

Die Antwort von user177107 auf die Frage:

https://astronomy.stackexchange.com/questions/40746/wie-würden-sich-die-eigenschaften-eines-bewohnbaren-planeten-mit-anderen-sternen-verändern%5B2%5D[2]

Hat eine Tabelle, die Hauptreihensterne verschiedener Spektraltypen auflistet.

Für jeden Spektraltyp von Sternen sind Masse, Radius (halber Durchmesser), Leuchtkraft usw. aufgeführt, sowie die Entfernung, die ein Planet umkreisen müsste, um genau so viel Strahlung zu erhalten, wie die Erde von der Sonne erhält.

Der kleinste aufgeführte Sterntyp ist der Spektraltyp M8V mit einer Masse von etwa 0,082 der Sonnenmasse und einem Durchmesser von etwa 0,111 der Sonne, und ein Planet in einer erdäquivalenten Umlaufbahn würde ihn in einer Entfernung von 0,0207 umkreisen eine Astronomische Einheit (AU), die Entfernung der Erde von der Sonne.

Da die Umlaufbahn der Erde elliptisch ist, variiert der Winkeldurchmesser der Sonne von der Erde aus gesehen zwischen 31,6 und 32,7 Bogenminuten oder 1.896 bis 1.962 Bogensekunden. Da ein Bogengrad 60 Bogenminuten hat, können wir die Berechnung vereinfachen, indem wir annehmen, dass die Sonne einen durchschnittlichen Winkeldurchmesser von 0,5 Bogengrad oder etwa 1.800 Bogensekunden hat.

Da ein Planet in einer erdäquivalenten Umlaufbahn um einen M8V-Stern nur 0,0207 von der Sonne entfernt wäre, müsste der Winkeldurchmesser der Sonne mit 1 geteilt durch 0,0207 oder 48,309 multipliziert werden, um einen Winkeldurchmesser zu erhalten von 24,1545 Grad und dann geteilt durch 1 geteilt durch 0,111 oder 9,009, das Verhältnis der Durchmesser der beiden Sterne, um einen Winkeldurchmesser von 2,681 Grad oder etwa 9.651,6 Bogensekunden zu erhalten.

Ein M8V-Stern würde also von einem Planeten in einer erdäquivalenten Umlaufbahn aus gesehen etwa 5,3-mal so breit aussehen wie die Sonne von der Erde aus. Was für einen Menschen auf dem Planeten ziemlich auffällig wäre, aber wahrscheinlich nicht allzu spektakulär.

Wenn der Planet seinen Stern etwas näher umkreist als die erdäquivalente Umlaufbahn, scheint der Stern natürlich einen größeren Winkeldurchmesser zu haben.

Nach der Schätzung von Kopparapu et al. aus dem Jahr 2013 ist der innere Rand der zirkumstellaren habitablen Zone der Sonne 0,99 AE oder nur 0,01 AE näher als die Umlaufbahn der Sonne. Allerdings schätzten Zsom et al. im Jahr 2013, dass der innere Rand der bewohnbaren Zone der Sonne mindestens 0,38 AE betragen könnte. Ihre Schätzung gilt wahrscheinlich für einen Planeten mit atmosphärischen Bedingungen, die für einige Formen erdähnlichen Lebens geeignet sind, und nicht für Menschen, die jedoch möglicherweise mit Schutzausrüstung auf einem solchen Planeten leben könnten.

In einer solchen Entfernung um einen M8V-Stern scheint der Stern einen Winkeldurchmesser von etwa 7,055 Grad oder etwa das 14,11-fache des Winkeldurchmessers der Sonne von der Erde aus gesehen zu haben.

Je näher ein Planet um seinen Stern kreist, desto stärker werden die Schwerkraft und die Gezeiten des Sterns auf dem Planeten sein. Da die Leuchtkraft von massearmen Sternen schneller abnimmt als ihre Masse, werden Planeten in den zirkumstellaren bewohnbaren Zonen von massearmen Sternen einer intensiven Schwerkraft und Gezeiten ausgesetzt sein, die dazu neigen, die Rotation dieser Planeten zu verlangsamen.

Wenn also die stellaren habitablen Zonen um Sterne für immer weniger massereiche Sterne kleiner und kleiner werden, erreichen die inneren Ränder ihrer zicumstellaren habitablen Zonen schließlich die Entfernung, in der ein Planet schnell durch Gezeiten an seinen Stern gebunden würde. Bei Sternen mit noch geringerer Masse entspricht die erdäquivalente Umlaufbahn der Entfernung, in der der Planet durch die Gezeiten an den Stern gebunden wird. Bei Sternen mit noch geringerer Masse erreichen die Außenkanten ihrer bewohnbaren Zonen die Entfernung, bei der ein Planet von den Gezeiten eingeschlossen wird, und es wird für keinen Planeten unmöglich sein, sich innerhalb ihrer bewohnbaren Zonen zu bewegen. um zu vermeiden, dass sie durch die Gezeiten gesperrt werden.

Stephen H. Dole glaubte in Habitable Planets for Man , dass ein von den Gezeiten eingeschlossener Planet unbewohnbar wäre. Er berechnete auch, dass bei 0,88 die Masse der Sonne, dem inneren Rand der zirkumstellaren bewohnbaren Zone oder "Ökosphäre", wie er es nannte, die Entfernung erreichen würde, in der ein Planet von den Gezeiten eingeschlossen wäre, und bei einer Sternmasse von 0,72 diese der Sonne würde der äußere Rand der bewohnbaren Zone die Entfernung erreichen, in der ein Planet von den Gezeiten eingeschlossen wäre.

https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/commercial_books/2007/RAND_CB179-1.pdf[3]

Dole bemerkte auch eine mögliche Ausweichklausel, bei der ein Planet, der durch Gezeiten an einen großen Mond gebunden ist, oder ein Begleitplanet vermeiden könnte, durch Gezeiten an seinen Stern gebunden zu werden. Dole schätzte, dass bewohnbare Palnets in den bewohnbaren Zonen von Sternen bis zu einer Sternmasse von 0,35 der Sonne existieren könnten, bevor die Sonne zu hohe Gezeiten auf dem Planeten erzeugen würde.

O.35 die Masse der Sonne wäre irgendwo zwischen einem M5V- und einem M2V-Stern; 0,72 die Masse der Sonne ist ungefähr ein K1V-Stern; und 0,88 ist die Masse von eh Sun ungefähr ein G9V-Stern.

Aber es gibt Berechnungen, die darauf hindeuten, dass ein von den Gezeiten eingeschlossener Planet bewohnbar sein könnte, wenn er genügend Atmosphäre und Wasser hätte, um Wärme von der Tagseite zur Nachtseite zu verteilen. Das ist eher umstritten.

Dritter Teil: Die Winkelgrößen von Braunen Zwergen.

Braune Zwerge sind Objekte mit Massen, die größer als etwa das 13-fache von Jupiter und bis zu etwa 75- bis 80-mal so groß sind wie die von Jupiter. Braune Zwerge liegen in Masse und Beschaffenheit zwischen Planeten und Sternen und könnten von natürlichen Satelliten umkreist werden, die vielleicht groß genug für Leben sind.

Wenn man bedenkt, wie schwach Braune Zwerge sind, müssten alle theoretisch bewohnbaren Monde oder Planeten oder was auch immer sie umkreisen, sehr nahe umkreisen. Daher ist es möglich, dass ein Brauner Zwerg am Himmel einer bewohnbaren Welt, die ihn umkreist, mehrmals so breit erscheint wie jeder Stern am Himmel seiner bewohnbaren Planeten. Und möglicherweise könnten Menschen in Raumanzügen oder geringerem Umweltschutz auf den Oberflächen unbewohnbarer Welten mit großen braunen Zwergen am Himmel arbeiten.

Ich bin nicht in der Lage, den maximal möglichen Winkeldurchmesser eines Braunen Zwergs zu berechnen, wie er von einer Welt aus gesehen wird, auf der Menschen landen möchten.

Vierter Teil: Planeten mit benachbarten Umlaufbahnen.

Der Stern TRAPPIST-1 ist ein schwacher Stern der M8V-Klasse, der dafür bekannt ist, dass er mehrere potenziell bewohnbare Planeten in seiner zirkumstellaren bewohnbaren Zone umkreist.

Die Bahnen des Planetensystems TRAPPIST-1 sind sehr flach und kompakt. Alle sieben Planeten von TRAPPIST-1 umkreisen viel näher als Merkur die Sonne. Mit Ausnahme von b kreisen sie weiter als die galiläischen Satelliten um Jupiter,[43] aber näher als die meisten anderen Jupitermonde. Der Abstand zwischen den Bahnen von b und c beträgt nur das 1,6-fache des Abstands zwischen Erde und Mond. Die Planeten sollten prominent am Himmel des jeweils anderen erscheinen, in einigen Fällen um ein Vielfaches größer erscheinen, als der Mond von der Erde aus erscheint.[42] Ein Jahr auf dem nächstgelegenen Planeten vergeht in nur 1,5 Erdentagen, während das Jahr des siebten Planeten in nur 18,8 Tagen vergeht.[40][37]

https://en.wikipedia.org/wiki/TRAPPIST-1#Planetary_system[4]

Die potentiell bewohnbaren Palnets von TRAPPIST-1 sind d, e, f. und G. Sie könnten bewohnbar sein, und wenn nicht, könnten sie vielleicht durch Terraforming bewohnbar gemacht werden. Wie auch immer, ob bewohnbar oder nicht, Menschen sollten in Raumanzügen und möglicherweise weniger Umweltschutz darauf herumlaufen können.

Die große Halbachse der Umlaufbahn des Mondes beträgt etwa 384.399 Kilometer oder etwa 0,002569 AE. In dieser Entfernung hat die Erde einen Winkeldurchmesser von etwa 2 Bogengrad oder 7.200 Bogensekunden.

Am nächsten sind TRAPPIST-1 f und TRAPPIST-1 g etwa 0,00834 AE voneinander entfernt, was etwa dem 3,246-fachen der Entfernung zwischen Erde und Mond entspricht. Wenn diese Planeten also den gleichen Durchmesser wie die Erde hätten, würden sie einen Winkeldurchmesser von 0,616 Grad oder 2.218,114 Bogensekunden haben. Beide sind größer als die Erde. Der größere, TRAPPIST-1 g, hat einen Durchmesser von 1,129 des Erddurchmessers und hätte somit einen Winkeldurchmesser von 0,695 Grad oder 2.504,251 Bogensekunden, wenn er von TRAPPIST-1 f aus am nächsten betrachtet wird.

Der innerste potenziell bewohnbare Planet, TRAPPIST-1 d, umkreist nur 0,00647 AE über der Umlaufbahn von TRAPPIST-1 c, was dem 2,5184-fachen der Erde-Mond-Entfernung entspricht, wodurch TRAPPIST-1 c bis zu 0,7941 Grad weit von TRAPPIST- 1 d, nur dass TRAPPIST-1 c den 1,308-fachen Durchmesser der Erde hat. TRAPPIST-1 c hätte also einen Winkeldurchmesser von etwa 1,0387 Bogengrad von 3.739,517 Bogensekunden, wenn die beiden Planeten am nächsten wären.

Der absolut maximal mögliche Winkeldurchmesser eines Planeten, gesehen von einem bewohnbaren oder potenziell terraformbaren Planeten in einer benachbarten Umlaufbahn, sollte mindestens so groß sein.

Das Beste kommt noch, wenn ich diese Antwort vervollständige.

Teil vier: Das ultimative retorgrade Sonnensystem.

Der PlanetPlant-Blog hat einen Abschnitt mit dem Titel „Ultimatives Sonnensystem“, in dem versucht wird, imaginäre Sonnensysteme mit so vielen bewohnbaren Planeten wie möglich zu entwerfen.

Der Beitrag mit dem Titel „The Ultimate Retrograde Solar System“ zitiert ein Papier, das zeigt, dass mehr Planetenumlaufbahnen in die zirkumstellare bewohnbare Zone eines Sterns passen können, wenn die Hälfte der Planeten im Vergleich zu den anderen Planeten in einer rückwärts oder rückläufigen Richtung kreisen.

Es macht einen großen Unterschied. Sie können etwa doppelt so viele Planeten in einen bestimmten Bereich der Umlaufbahn unterbringen. Die Anforderung ist einfach, dass jeder andere Planet in die entgegengesetzte Richtung kreisen muss. Die Planeten 1, 3, 5 und 7 umkreisen den Stern also im Uhrzeigersinn und die Planeten 2, 4, 6 und 8 gegen den Uhrzeigersinn.

Nehmen Sie Planeten von der Masse der Erde, die einen Stern wie die Sonne umkreisen. Auf prograden Umlaufbahnen passen 4 Erden in die bewohnbare Zone. Für abwechselnd prograde und retrograde Umlaufbahnen passen 8 Erden.

https://planetplanet.net/2017/05/01/the-ultimate-retrograde-solar-system/[5]

Je nachdem, wie nahe das TRAPPIST-1-System kommt, um so dicht wie möglich gepackt zu sein, könnte ein retrogrades TRAPPIST-1-System 7, 8 oder 9 Planeten haben, die innerhalb der zirkumstellaren H-bewohnbaren Zone e kreisen, wenn jeder Palnet in der entgegengesetzten Richtung kreist zu den Planeten in den nächsten inneren und äußeren Umlaufbahnen.

Ein retrogrades Sonnensystem könnte also möglicherweise Planeten haben, die einen Winkeldurchmesser von etwa 2 Bogengraden oder 7.200 Bogensekunden haben können, wenn sie von potenziell bewohnbaren Planeten in der zirkumstellaren bewohnbaren Zone aus gesehen werden.

Aber:

Mit dem rückläufigen ultimativen Sonnensystem schwimmen wir jetzt in unmöglichen Gewässern. Zwei Planeten können denselben Stern in entgegengesetzten Richtungen umkreisen, aber nur, wenn ihre Umlaufbahnen weit voneinander entfernt sind. Ich kenne keine Möglichkeit, wie die Natur ein System dicht gepackter Planeten hervorbringen könnte, wobei jede Gruppe von Planeten in genau der entgegengesetzten Richtung ihrer unmittelbaren Nachbarn umkreist.

Das bedeutet, dass das ultimative rückläufige Sonnensystem konstruiert werden müsste. Absichtlich von einigen sehr intelligenten und mächtigen Wesen geschaffen.

Schriftsteller, die ein solches Sonnensystem verwenden, müssen zeigen, dass es künstlich sein muss, geschaffen von einer sehr fortgeschrittenen Gesellschaft.

Fünfter Teil: Riesenplaneten von ihren bewohnbaren Monden aus gesehen.

Es sollte offensichtlich sein, dass ein Mond einen ausreichend großen Planeten umkreisen könnte, so dass der Planet fast eine ganze Hemisphäre des Mondhimmels ausfüllen würde. Aber leider verlangt die Frage, dass die Betrachtung von Welten aus erfolgen muss, die bewohnbar sind oder die durch Terraforming bewohnbar werden könnten. Bewohnbare Monde sind nicht sehr verbreitet.

Es ist möglich, dass ein Exomond mit planetarischer Masse einen riesigen Exoplaneten umkreisen und bewohnbar sein könnte. Aber ein solches Exommon müsste die Anforderungen an einen Exoplaneten erfüllen, um bewohnbar zu sein, ein solcher muss eine Masse im richtigen Bereich haben. Und auch der Exomoon müsste als Mond eines Riesenplaneten besondere Anforderungen erfüllen.

Zum Beispiel gibt es das Konzept eines bewohnbaren Randes, einer Mindestentfernung von einem Planeten, die ein potenziell bewohnbarer Exomond haben müsste, um eine zu starke Gezeitenerwärmung durch den Planeten zu vermeiden. Eine zu starke Gezeitenerwärmung würde dazu führen, dass der Exomond einen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt erleidet und leblos wird.

Rene Heller und Jorge Zuluaga diskutieren in „Magnetic Shelding of Exomoons Beyond the Planetary Habitable Edge“ die maximal mögliche Entfernung eines bewohnbaren Exomonds von seinem Planeten.

https://arxiv.org/pdf/1309.0811.pdf[6]

Sie diskutieren Exomonde, die groß genug für Leben, aber deutlich kleiner als die Erde sind und daher keine eigenen Magnetfelder haben würden, um sie vor hochenergetischen Teilchen aus dem Weltraum abzuschirmen. Diese Monde müssten sich innerhalb der Magnetfelder ihrer Planeten befinden und von diesen planetaren magnetischen Schilden abgeschirmt werden.

Sie glauben, dass es um Neptun-große Planeten keine sichere Zone gibt. Ihre Exomonde würden entweder innerhalb des bewohnbaren Randes kreisen und außer Kontrolle geratene Treibhauseffekte erleiden oder außerhalb des Schutzes planetarer Magnetfelder kreisen.

Aber Monde um jupitergroße Planeten könnten in Umlaufbahnen in Entfernungen zwischen 5 und 20 Planetenradien oder 2,5 bis 10 Planetendurchmessern bewohnbar sein.

Nach meinen groben Berechnungen würde ein Exomond am äußeren Rand oder etwa 20 Planetenradien den Planeten mit einem Winkeldurchmesser von etwa 5,7295 Bogengrad oder 20.626,2 Bogensekunden sehen.

Und nach meinen groben Berechnungen würde ein Exomond am inneren Rand oder etwa 5 Planetenradien den Planeten mit einem Winkeldurchmesser von etwa 22,9183 Bogengrad oder etwa 82.505,88 Bogensekunden sehen.

Teil Sechs: Ein großer Mond von seinem Planeten aus gesehen.

Der Planet Erde ist derzeit für Menschen bewohnbar und hat einen großen Mond, der die Erde derzeit auf einer elliptischen Umlaufbahn mit einer großen Halbachse von 384.399 Kilometern umkreist.

In dieser Entfernung hat der Mond einen Winkeldurchmesser von 29,3 bis 34,1 Bogenminuten oder 1.758 bis 2.046 Bogensekunden, abhängig von seiner aktuellen Entfernung von der Erde.

Aber das war nicht immer so. Die Erde hat erst vor einigen hundert Millionen Jahren genug Sauerstoff in der Atmosphäre aufgenommen, um für Menschen atembar zu sein, nachdem sie Milliarden von Jahren existiert hat.

Und der Mond war nicht immer in seiner gegenwärtigen Entfernung von der Erde.

Nach heutiger Theorie entstand der Mond, nachdem die Erde vor über viereinhalb Milliarden Jahren mit einem anderen Planeten namens Theia kollidierte. Der größte Teil der Masse der beiden Planeten verschmolz, ein Großteil davon wurde in den Weltraum geschleudert und ging verloren, und ein Teil davon bildete einen Ring um die Erde, der schließlich den Mond bildete. Gezeitenwechselwirkungen zwischen der Erde und dem Mond führten dazu, dass sich der Mond über Milliarden von Jahren allmählich auf eine immer höhere Umlaufbahn bewegte.

Als sich der Mond aus dem Ring bildete, war er etwa 4 Erdradien oder 15.000 bis 20.000 Meilen von der Erde entfernt. Es wäre 15-mal so breit gewesen, wie es jetzt aussieht, und es hätte von der heißen Lava, aus der es besteht, mattrot geglüht. Der Mond hätte also einen Winkeldurchmesser von etwa 7,5 Grad oder etwa 27.000 Bogensekunden gehabt.

Vor etwa vier Milliarden Jahren, nach 500 Millionen Jahren, wäre der Mond in eine Umlaufbahn von etwa 80.000 Meilen von der Erde gegangen und hätte etwa das Dreifache seines heutigen Winkeldurchmessers gehabt, also etwa 1,5 Bogengrad oder etwa 5.400 Bogensekunden.

https://www.forbes.com/sites/quora/2018/07/11/wie-hat-der-mond-von-der-erde-vor-4-milliarden-jahren-ausgesehen/?sh=1a465ddf1151[7 ]

Und ich nehme an, dass hypothetische Außerirdische, die ein ähnliches System eines jungen Planeten mit einem sich davon zurückziehenden jungen Mond gefunden haben, entschieden haben könnten, den Planeten zu terraformen, um ihn an einem Punkt bewohnbar zu machen, an dem der Mond viel näher als 80.000 Meilen war und eine viel größere hatte Winkeldurchmesser als 1,5 Grad oder 5.400 Bogensekunden.

Und ich nehme an, dass die zukünftigen Menschen irgendwann einen so jungen Planeten mit einem Mond finden könnten, der sehr groß an seinem Himmel erscheint, und beschließen, diesen Planeten zu terraformen, um ihn für Menschen bewohnbar zu machen.

Abschluss:

Wie ich in Teil eins sagte, könnten viele dieser Bilder von astronomischen Objekten, die am Himmel sehr groß aussehen, darstellen, wie groß diese Objekte durch ein Teleobjektiv gesehen aussehen würden, anstatt wie groß sie mit bloßem Auge erscheinen würden.

Der größte Winkeldurchmesser eines astronomischen Objekts, wie ich ihn von der Oberfläche eines bewohnbaren oder terraformbaren astronomischen Objekts aus sehen könnte, wäre ein riesiger Planet, der von der Oberfläche eines großen bewohnbaren oder potenziell bewohnbaren Mondes aus gesehen wird, mit einem Winkeldurchmesser von bis zu 22,9183 Grad Bogen oder etwa 82.505,88 Bogensekunden. Außer dem dritten Teil meiner Frage: Wie würde die Reflektion des Sonnenlichts den Tag/Nacht-Zyklus eines binären Planetensystems verändern? diskutiert eine andere Art von astronomischer Situation, in der zwei astronomische Objekte am Himmel des anderen sehr große Winkeldurchmesser haben können. Möglicherweise die größten Winkeldurchmesser, die möglich sind.