Was sind die Anforderungen an einen atmosphärenhaltenden Mond mit einer stabilen Umlaufbahn um einen erdähnlichen Planeten mit zerstörungsfreien Gezeitenkräften?

Ooh, lustige Frage, oder eigentlich ein Bündel von Fragen, die zusammengebündelt sind

Einen Mond mit einer Atmosphäre ausstatten.

Es ist immer noch unklar, was die Mechanismen der atmosphärischen Akkretion und Retention genau sind, da Sie Monde wie Titan haben (bei 1,3 E + 23 kg sind es 0,0225$M_{⊕}$--Erdmassen-- oder etwa 1,8-mal so groß wie unser Mond) mit einer dichten Atmosphäre (146,7 kPa oder etwa 140 % der Erdatmosphäre) und schwerere Planeten wie Merkur (0,055$M_{⊕}$aber nur Spurenatmosphäre) und Mars (0,107$M_{⊕}$mit 0,636 kPa oder ~1 % der Erde). Obwohl Erde und Venus ähnlich groß sind (die Erde ist etwas größer), hat die Venus eine etwa 90-mal dichtere Atmosphäre.

Offensichtlich spielen also die Masse des Mondes , die Entfernung vom Primärstern, die ursprüngliche Gasausstattung und das Vorhandensein und die Stärke einer Magnetosphäre eine Rolle:

• Eine höhere Masse bedeutet eine höhere Austrittsgeschwindigkeit und hilft dem Objekt, die Gase zurückzuhalten. Als Faustregel gilt, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Objekts im Allgemeinen mindestens das Sechsfache der mittleren Geschwindigkeit des jeweiligen Gases betragen soll. Beispielsweise hat die Erde eine Fluchtgeschwindigkeit von 11,2 km/s, während O2 bei 20 °C eine durchschnittliche molekulare Geschwindigkeit von 0,48 km/s hat, sodass die Erde molekularen Sauerstoff für Milliarden von Jahren speichern kann. Mars hat eine Fluchtgeschwindigkeit von 5 km/s, so dass molekularer Wasserstoff – die durchschnittliche Geschwindigkeit bei 20 °C beträgt 1,9 km/s – auf keinem der Planeten langfristig zurückgehalten werden kann.

• Die Entfernung vom Primärstern hat 2 Effekte. Die Strahlung des Sterns erwärmt das Gas auf der Mond-/Planetenoberfläche (erhöht die molekulare Geschwindigkeit), und der Stern sendet Sternwinde aus, einen Strom geladener Teilchen, die dazu dienen, Planeten von ihrem Gas zu befreien (daher hat Merkur, der der Sonne am nächsten ist, nur eine Spur Gasmengen)

• Ursprüngliche Gasausstattung am Ende der Planetenentstehungsphase der ersten ~200 Millionen Jahre der Existenz des Sternensystems. Dies ist am schwierigsten zu berücksichtigen, könnte aber erklären, warum Venus und Erde so unterschiedlich sind (das und die Ozeane auf der Erde). Zum Beispiel könnte es sein, dass der monderzeugende Aufprall einen Teil / den größten Teil der ursprünglichen Erdatmosphäre zerstreut hat .

• Magnetosphären lenken einfallende Sonnenwinde ab und schützen so gewissermaßen die Atmosphäre vor Stößen mit den hochgeladenen Teilchen des Sonnenwinds und der molekularen Dissoziation, die sonst die obersten Schichten der Atmosphäre erfahren würden. Auch diese sind mysteriös. Bei erdgroßen Planeten scheinen sie mit der Aktivität im geschmolzenen Eisenkern und der Rotationsgeschwindigkeit verbunden zu sein, aber wir verstehen die Mechanik noch nicht wirklich gut.

Also, was können wir daraus schließen?

Nun, es hängt davon ab, welche Art von Atmosphäre Sie wünschen. Wenn Sie mit Titan einverstanden sind (erinnern Sie sich: seine Masse beträgt 1,8 Erdmonde, ~ 2% der Erde), können Sie 98% Stickstoff und etwas Methan erhalten. Nicht atmungsaktiv, aber Sie könnten mit versiegelter Tauchausrüstung leben, wenn es warm genug wäre, nicht mit den sperrigen Mond-Raumanzügen der Apollo-Missionen. Die Oberflächengravitation wäre ähnlich wie beim Mond (mehr Masse, aber weniger dicht). Sie würden Seen aus benzinähnlichen Verbindungen auf der Oberfläche haben. Die Gezeiten wären ähnlich wie das, was Sie jetzt sehen, während der Mond aufgrund seiner Atmosphäre am Himmel des Planeten größer wäre. Natürlich könnte dies in Bezug auf die Entstehung und wie es aufrechterhalten wird, schwer zu erklären sein, da es zehnmal wärmer werden würde, Titan in die Erdumlaufbahn zu bringen, und wahrscheinlich in etwa 10 Millionen Jahren zu einem vollständigen atmosphärischen Verlust führen würde, aber seltsamere Dinge haben es getan passierte.

Wenn Sie eine erdähnliche Atmosphäre mit Wasser und all dem wünschen, die über Milliarden von Jahren stabil ist, benötigen Sie möglicherweise einen geschmolzenen Kern für die Magnetosphäre, eine ausreichend hohe Schwerkraft usw., was bedeutet, dass Sie wahrscheinlich etwas von etwa 0,4 benötigen$M_{⊕}$oder größer, also ein Mond größer als der Mars. An diesem Punkt ist es nicht wirklich ein Mond, sondern ein Doppelplanet. Das kommt mit seinen eigenen Kopfschmerzen. Bei einer so hohen Masse würden die beiden Welten schnell gezeitenverriegelt, das heißt synchron rotieren und einander immer das gleiche Gesicht zeigen. (Ihr 'Mond' wäre immer nur von der Hälfte des Planeten aus sichtbar, überhaupt keine Gezeiten und möglicherweise sehr lange Tage).

Monde verlassen ihre Umlaufbahnen nicht . Sie können im Laufe der Zeit nach außen und innen driften, aber es gibt eine Grenze dafür, wie weit sie nach außen driften können. Unser Mond driftet derzeit aufgrund seiner Verlangsamung der Erdrotation um einige Zentimeter pro Jahr nach außen. Dieser Verlangsamungseffekt auf der Erde überträgt Energie auf den Mond, der ihn wegdrückt. Wenn die Erde schließlich durch Gezeiten mit dem Mond verbunden ist (in etwa 15 Milliarden Jahren), wird der Mond aufhören, nach außen zu driften. Und je weiter der Mond driftet, desto weniger Widerstand hat er auf unsere Rotation, was seine Drift nach außen verlangsamt und den Prozess viel, viel länger dauert.

Mondatmosphäre In der Regel gilt: Je näher Sie der Sonne sind, desto massereicher muss der Planet sein, um eine Atmosphäre zu bewahren, da die Sonne die Teilchen stärker energetisiert. Als sichere Wette für einen Planeten in ungefähr Erdentfernung würde ich den Mond mindestens halb so massiv wie die Erde machen, um diese Gase zurückhalten und ein massives Entweichen verhindern zu können. Je nach Dichte des Mondes kann dies jedoch zu unterschiedlichen Größen des Globus führen.

Magnetfeld Mit dem Magnetfeld wäre Ihre beste Wette, einen frei drehenden Mond zu haben, der massiv genug ist und genügend innere Wärme hat, um sein eigenes Feld zu erzeugen. Gezeitenkräfte können wirken, um das Innere weiter zu erhitzen, um es schön warm zu halten. Eine gezeitengebundene Welt in einer engen Umlaufbahn kann auch ein anständiges Magnetfeld erzeugen, wenn ihre Umlaufbahn nicht vollständig kreisförmig ist. Änderungen der Gezeitenstärke können dazu führen, dass der Kern zusammengedrückt und gezogen wird, um ihn aufzuheizen. Das sollte in Kombination mit einer anständigen Rotationsrate alles sein, was Sie brauchen. Eine andere Möglichkeit für einen nahe umlaufenden Mond wäre, dass er sich im Magnetfeld des Mutterplaneten befindet. Das Magnetfeld des Mutterplaneten müsste dafür aber wahrscheinlich um ein Vielfaches stärker sein als unseres.

GezeitenBei den Gezeiten gibt es ein Geben und Nehmen. Wenn Sie einen nahen Mond wünschen, wird er wahrscheinlich gezeitenabhängig sein, was nicht keine Gezeiten bedeuten würde, sondern "eingefrorene" Gezeiten. Ebbe und Flut, die sich niemals bewegen würden. Die Flut würde immer dem anderen Mond zugewandt sein, und zwar auf der genau gegenüberliegenden Seite. Die Sonne würde immer noch Gezeiten treiben, aber diese wären nur etwa 30% so stark wie die Gezeiten hier auf der Erde. Dies kann sich jedoch je nach Größe des Planeten, des Sterns und der Umlaufbahn drastisch ändern. Wenn Sie möchten, dass sich Ihr Planet wie die Erde frei dreht, platzieren Sie den Mond weiter draußen. Je massereicher der Mond, desto weiter draußen muss er sein, um Gezeitensperren zu vermeiden. Während Sie auf einem weniger massiven Mond stehen, sind die Gezeiten aufgrund der größeren Anziehungskraft des Mutterplaneten im Verhältnis zu Ihrer eigenen, geringeren Schwerkraft stärker.

Erstens brauchen Sie sich keine Sorgen zu machen, dass der Mond "wegbricht". Das passiert nur in schlechten Science-Fiction-Serien.

Der Mond kann so groß wie der Planet sein (in diesem Fall werden sie zu Koplaneten).

Auf lange Sicht lösen sich böse Gezeiten von selbst - die beiden Körper werden gezeitenverbunden. Der Prozess dieser Verriegelung, der heute stattfindet, während die Erde langsam an Rotationsgeschwindigkeit verliert, führt dazu, dass sich die beiden Körper langsam auseinander bewegen, wobei sich die Trennung stabilisiert, wenn beide Körper verriegelt sind. An diesem Punkt gibt es keine Gezeiten auf beiden Körpern.

Unter der Annahme, dass die beiden Körper symmetrisch gebildet wurden, mit identischen Massen und Rotationsraten, werden die Gezeiten auf jedem Körper identisch sein. Wenn sich der kleinere Körper noch dreht (im Gegensatz zu unserem Mond), erzeugt der größere Körper auf ihn größere Gezeiten als auf dem größeren Körper.

Die scheinbare Größe des Satelliten von der Primärseite hängt vollständig von der Trennung ab und umgekehrt.

Sie möchten, dass der Mond groß genug ist, um geologische Aktivität zu haben, damit ein Magnetfeld erzeugt wird und eine Atmosphäre erhalten bleiben kann. Bei einem Maximum von 1,1 g würde ich vorschlagen, die Dichte des Planeten zu verringern, also verringern wir sie auf den Mars oder 3933 kg/m^3. Das sind 71,3 % der Erddichte. Auf diese Weise kann der Radius des Planeten bis zu 1,54 Erdradien betragen, da bei gleicher Dichte die Schwerkraft linear mit dem Radius zunimmt. Die Masse des Planeten wäre 2,62 Erdmassen, und Sie würden die Masse des Mondes auf mindestens 0,027 Erdmassen erhöhen wollen. Wenn wir den Umlaufradius des Mondes und die Dichte gleich halten, sollte die Gezeitenerwärmung für den Mond 291-mal stärker sein. Auf diese Weise sollte genügend Magnetismus vorhanden sein, um zumindest den Anschein einer Atmosphäre aufrechtzuerhalten.