Was ist die Mindestgröße eines bewohnbaren Planeten, um zwei Monde zu haben?

Ich denke, dass ein Planet, der eine erdähnliche Atmosphäre halten kann, zwei kugelförmige Monde ohne große Probleme halten kann.

Lassen Sie uns Ihre Frage in Teilprobleme aufteilen.

• Erstens: Was ist das Kleinste, was ein Körper sein kann, während er kugelförmig wird ?

Damit ein Körper zu einer Kugel wird, muss er über eine ausreichende Eigengravitation verfügen, um ihn in eine Kugelform zu ziehen. Dies hängt aus zwei Gründen davon ab, woraus der Körper besteht. Der erste Grund ist, dass die Stärke der Eigengravitation eher von der Masse des Objekts als von seiner Größe abhängt, was bedeutet, dass Körper aus dichteren Materialien bei kleineren Radien kugelförmig werden.

Der zweite Grund ist, dass einige Materialien leichter zu einer Kugel geformt werden können als andere, was bedeutet, dass eine weniger starke Schwerkraft erforderlich ist, um einige Materialien in eine Kugelform zu bringen. Der zweite Grund gewinnt tendenziell. Daher beträgt die Mindestgröße für Körper, die hauptsächlich aus Gestein bestehen, um eine selbstgravitative Kugel zu werden, einen Durchmesser von etwa 600 km. Für Körper, die hauptsächlich aus Eis bestehen, beträgt die Mindestgröße jedoch einen Durchmesser von etwa 400 km.

• Zweitens: Wie groß muss ein Planet mindestens so groß sein wie die Erde?

Ich nehme dies als einen Planeten, der in der Lage ist, Wasser und Sauerstoff in seiner Atmosphäre einzuschließen, während er so weit vom Stern entfernt ist, dass flüssiges Wasser existieren kann.

Unter Verwendung des (wahrscheinlich) am häufigsten zitierten Worldbuilding-Bildes aller Zeiten erhalten wir, dass es etwas größer als der Mars sein kann, oder besser mit einer Fluchtgeschwindigkeit, die etwas höher als die des Mars ist, etwa 7 km/s.

• Drittens: Kann ein solcher Planet zwei Monde aufnehmen?

Es hängt davon ab, wie weit sie den Planeten umkreisen und ob ihre Hügelkugeln gegenseitige gravitative Interferenzen zwischen den beiden Monden vermeiden.

Für einen Körper mit der Masse von Ceres (Durchmesser 900 km), der 100.000 km von einem Körper mit der Masse der Venus entfernt umkreist, wäre die Hügelkugel 3900 km lang. Wenn Sie den zweiten Mond mit derselben Masse 400.000 km vom Hauptkörper entfernt platzieren, wäre seine Hügelkugel 15.600 km lang.

Die Hügelsphären der beiden Monde scheinen also weit genug entfernt zu sein, um sich nicht gegenseitig zu stören. Wenn Sie mit den Abständen spielen, so dass Sie eine gewisse Umlaufbahnresonanz zwischen den Monden haben, können Sie sich ihrer Langzeitstabilität ziemlich sicher sein.

Was meinen Sie mit „halb so groß wie die Erde“, wenn Sie das als angestrebtes Ziel beschreiben?

Der Planet Erde hat einen Radius von 6.371 Kilometern und einen Durchmesser von 12.742 Kilometern. Ein Planet mit dem halben Durchmesser der Erde oder 6.371 Kilometern hätte ein Achtel des Volumens. Wenn dieser Planet die gleiche durchschnittliche Dichte wie die Erde hätte, hätte er ein Achtel (0,125) der Masse der Erde.

Damit ein Planet die Hälfte der Masse der Erde und die gleiche durchschnittliche Dichte wie die Erde hat, müsste er das halbe Volumen der Erde haben. Daher müsste es ungefähr den 0,7937-fachen Durchmesser der Erde haben, ungefähr 10.113,3254 Kilometer, um ein Volumen von ungefähr 0,499999006 des Erdvolumens zu haben.

Vergleichen Sie diese Zahlen mit den unten angegebenen Mindestmassen für einen Planeten, um eine atembare, sauerstoffreiche Atmosphäre aufrechtzuerhalten und/oder zu erzeugen.

Vor langer, langer Zeit, im Jahr 1964, wurde ein Buch mit einer wissenschaftlichen Diskussion darüber veröffentlicht, was notwendig ist, damit ein Planet (oder eine andere Welt) für Menschen bewohnbar ist.

Habitable Planets for Man , Stephen H. Dole, 1964, 2007. Ich weiß nicht, ob die Ausgabe von 2007 mit neueren wissenschaftlichen Informationen aktualisiert wurde.

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

Es gab viele neuere Diskussionen über die Bewohnbarkeit anderer Welten unter Verwendung neuerer und fortgeschrittener Wissenschaft. Aber soweit ich weiß, drehen sich die meisten oder alle dieser Diskussionen um die Bewohnbarkeit für das Leben im Allgemeinen, nicht um die Bewohnbarkeit für den spezielleren Fall von Menschen und Lebensformen mit ähnlichen Anforderungen. Auf der Erde zum Beispiel gedeihen viele oder vielleicht sogar die meisten Lebensformen dort, wo Menschen schnell sterben würden.

Auf den Seiten 53 bis 58 erörtert Dole, wie massiv eine Welt sein müsste, um eine ausreichend dichte Sauerstoffatmosphäre zu bewahren. Auf Seite 54 kommt Dole zu dem Schluss, dass ein Planet eine Fluchtgeschwindigkeit von 6,25 Kilometern pro Sekunde haben müsste, um eine Sauerstoffatmosphäre für geologische Zeiträume aufrechtzuerhalten. Das entspricht einem Planeten mit:

eine Masse von 0,195 Erdmasse, einen Radius von 0,63 Erdmasse und eine Oberflächengravitation von 0,49 g.

Ein Radius von 0,63 Erde ist ein Radius von 4.013,73 Kilometern oder ein Durchmesser von 8.027,46 Kilometern.

Dole glaubte, dass ein Planet dieser Größe eine sauerstoffreiche Atmosphäre bewahren, aber keine produzieren könne. Wenn Dole Recht hatte, könnte ein Planet dieser Größe nur dann eine sauerstoffreiche Atmosphäre haben, wenn er von einer hochentwickelten Gesellschaft so terraformiert wurde, dass er eine solche Atmosphäre hat.

Dole führte zwei verschiedene Berechnungen der Mindestmasse durch, die für eine Welt erforderlich sein könnte, um nicht nur eine sauerstoffreiche Atmosphäre zu bewahren, sondern auch eine zu produzieren. Einer hatte eine Masse von 0,25 Erdmassen und der andere eine Masse von 0,57 Erdmassen. Dole hielt diese Massen für ungenau und entschied sich für eine Masse von 0,4 Erdmassen als die Mindestmasse, die erforderlich ist, um eine sauerstoffreiche Atmosphäre zu erzeugen.

Dies entspricht einem Planeten mit einem Radius von 0,78 Erdradius und einer Oberflächengravitation von 0,68 g .

Ein Radius von 0,78 Erdradius ist ein Radius von 4.969,38 Kilometern und ein Durchmesser von 9.938,76 Kilometern.

Der Mars hat eine Masse von 0,107 Erdmassen, einen Radius von 3.389,5 Kilometern und einen Durchmesser von 6.779 Kilometern, sodass jede Welt, die massiv genug ist, um eine sauerstoffreiche Atmosphäre zu bewahren und/oder zu erzeugen, deutlich massiver und größer als der Mars sein sollte.

Bis und sofern ein Science-Fiction-Autor keine späteren und besseren Berechnungen als die von Dole findet, sollte er nicht über einen Planeten mit einer sauerstoffreichen Atmosphäre schreiben, der atembar ist, weil er dem Menschen ähnlich ist, es sei denn, er hat eine Masse von mindestens 0,195 Erden und einen Durchmesser von mindestens 8.027,46 Kilometer. Und wenn sie nicht wollen, dass der Planet eine künstliche sauerstoffreiche Atmosphäre hat, die von einer hochentwickelten Zivilisation geschaffen wurde, sondern stattdessen eine natürlich gebildete sauerstoffreiche Atmosphäre hat, sollten sie dafür sorgen, dass ihre Welt eine Masse von mindestens 0,4 Erdmasse und einen Durchmesser von hat mindestens 9.938,76 Kilometer.

Und natürlich wäre jede Mindestmasse deutlich größer als die Masse des Mars, das 1,822- oder 3,738-fache der Masse des Mars. Und auch deutlich weniger als die Masse der Venus, 0,239 oder 0,490 die der Venus. L Dutch - Reinstate Monica verwendete in seiner Antwort einen Planeten mit der Masse der Venus, 0,815 der Masse der Erde, um die Hill-Sphäre des Planeten zu berechnen.

Ich stelle fest, dass die Größe der Hügelkugel Ihres Planeten von der Masse des Planeten, der Entfernung zu seinem Stern und der Masse des Sterns abhängt. Ich stelle auch fest, dass ein Mond nur innerhalb von etwa 0,5 bis 0,666 vom äußeren Rand der Hügelkugel eine stabile Umlaufbahn haben kann.

https://en.wikipedia.org/wiki/Hill_sphere#True_region_of_stability[2]

Ich bin mir nicht sicher, ob zwei Monde in den in L Dutch angegebenen Entfernungen stabile Umlaufbahnen um den am wenigsten massiven bewohnbaren Planeten haben könnten - setzen Sie Monicas Antwort wieder ein.

Die Hügelsphäre der Erde erstreckt sich über etwa 1.500.000 Kilometer, daher sollte sich die Zone, in der Monde stabile Umlaufbahnen haben können, auf etwa 500.000 bis 750.000 Kilometer erstrecken.

https://en.wikipedia.org/wiki/Hill_sphere#Formula_and_examples[3]

Das Beispiel in L Dutch - Reinstate Monicas Antwort hat zwei Monde, die bei etwa 100.000 und 400.000 Kilometern umkreisen, und beide würden sich innerhalb der stabilen Umlaufbahnzone der Erde befinden. Die Frage fragt jedoch nach einem möglichst kleinen Planeten, und L Dutch - Reinstate Monica erwähnte früher in seiner Antwort einen Planeten, der etwas größer als der Mars ist.

Ein Planet, der deutlich kleiner als die Erde wäre, hätte eine kleinere Hügelkugel als die Erde, und die Monde müssten näher umkreisen. Aber wenn der Planet weniger massiv ist, haben Monde einer bestimmten Masse größere Hügelkugeln, die sich vielleicht gegenseitig stören.

Vielleicht sollte L Dutch – Reinstate Monica seine Umlaufbahnen für einen Planeten neu berechnen, der massiv genug ist, um eine sauerstoffreiche Atmosphäre zu haben, die einen massereicheren und helleren Stern als die Sonne in einer größeren Entfernung umkreist, als die Erde die Sonne umkreist, um eine stabile Umlaufbahnkonfiguration zu finden.