Ich habe die Umlaufzeit für einen Planeten durchgeführt, der eine Masse = 1 Sol mit einem 24-Stunden-Jahr umkreist, er hat eine große Halbachse von 1,82 Millionen Meilen - weit und weit jenseits der Roche-Grenze, immer noch jenseits der Korona, aber nur ein bisschen zu heiß. Problem!
Was für ein Stern wäre also ein schwarzer Strahler, der erdähnliche Strahlung in einer Entfernung von 1,82 Millionen Meilen erzeugt?
Ich erlaube auch eine starke Magnetosphäre zum Schutz vor Sonnenwinden und eine Atmosphäre, die ausreicht, um überschüssige Gamma-/Röntgenstrahlen zu absorbieren.
Erdähnlich ist ein loser Begriff mit Mittlere Temperatur und ein wenig tektonische Aktivität haben auf Mustafar noch niemandem geschadet - außer Annakin (das ist ein Witz). Im Ernst, die Schwerkraft wird die Dinge aufrütteln, aber den Planeten nicht zerstören, und das ist in Ordnung.
Die Gezeitenkraft des Sterns ersetzt den Mond. Der Planet umkreist alle 24 Stunden im Uhrzeigersinn und dreht sich alle 24 Stunden von einer synchronen Rotation gegen den Uhrzeigersinn (die Sonne vollzieht eine Höhenbogen). Sie sehen den gleichen Sonnenaufgang/Untergang-Zyklus wie wir und auch einen ziemlich ähnlichen Gezeitenzyklus – wenn auch nicht ein bisschen tiefer in der Varianz – aber das eigentliche Konzept des „Jahres“ hört auf zu existieren. Wir haben nur Tage. Keine Monate, Jahreszeiten, Jahre, Jahrhunderte oder Jahrtausende usw.
Wenn dies für ein erdähnliches Klima ein No-Go ist, kann ich mit einem venusähnlichen Planeten arbeiten, wenn das irgendetwas realistischer macht.
Sie liegen sozusagen auf halber Strecke zwischen einem echten Stern und einem Gasriesen. Im Gegensatz zu einem normalen Stern, der jedes Wasserstoffisotop fusionieren kann, fusionieren Braune Zwerge nur das viel seltenere schwere Isotop Deuterium (und in einigen Fällen Lithium). Da der größte Teil ihrer Masse nicht schmelzbar ist, liegt ihre Temperatur typischerweise zwischen 250 und 2000 Grad Kelvin, was viel niedrigere Umlaufbahnen ermöglicht, als Sie es von anderen Sternen haben könnten. Sie sind auch, wie ihr Name schon sagt, nicht sehr groß. Sie haben alle ungefähr die gleiche Größe wie Jupiter, sind aber dichter und reichen von der 13- bis 90-fachen Jupitermasse (0,018 bis 0,086 Sonnenmassen).
Mit diesem http://www.1728.org/kepler3a.htm Rechner, um den Orbitalradius zu bestimmen, und diesem http://www.astro.indiana.edu/ala/PlanetTemp/index.html , um die Temperaturen zu bestimmen, konnte ich feststellen, dass ein erdähnlicher Planet um einen mittelgroßen Braunen Zwerg herum erdähnliche Temperaturen in einem Jahr von etwa 24 Stunden aufrechterhalten könnte.
Allerdings ist die Gezeitensperre bei dieser Umlaufzeit ein sehr reales Problem. Es wird passieren, und es wird in geologischen Zeitskalen sehr schnell passieren. Die einzige Möglichkeit, einen Tag-Nacht-Zyklus auf einem Planeten mit einer so kurzen Umlaufzeit aufrechtzuerhalten, ist die Spin-Bahn-Resonanz. Dies ist eine besondere Art der Gezeitenverriegelung, bei der die Umlaufbahn ein optimales Rotationsmuster zu Umlaufbahnen findet.
Merkur tut dies in Form einer 3:2-Resonanz, was bedeutet, dass er sich bei jeweils 2 Umläufen genau 3 Mal um seine Achse dreht. In diesem Szenario dauert ein Tag 2/3 eines Jahres; Sie sollten also stattdessen ein 36-Stunden-Jahr und einen 24-Stunden-Tag haben. Technisch gesehen hätten Sie in diesem Szenario Jahreszeiten, aber sie wären so kurz, dass sie im Alltag kaum wahrnehmbar wären.
Es wird angenommen, dass dieses Phänomen durch eine starke Gravitationskraft von einem dritten Körper verursacht wird, die Sie erreichen könnten, indem Sie dies zu einem Doppelsternsystem machen (braune Zwerge sollen keine Gasriesen unterstützen).
Interessante Frage, es sollte einen Taschenrechner geben, um ein solches Szenario zu überprüfen, aber ich konnte keinen finden.
Es gibt mehrere andere Rechner und Tabellen, die bei der Beantwortung dieser Frage helfen können:
Eigenschaften des Spektraltyps
Nach einer schnellen Schätzung ist dies (1-Tages-Umlauf) mit einem Hauptreihenstern nicht möglich. Wenn wir den kleineren M8-Stern nehmen, hätte er eine Masse von 0,17 Sonnen, eine Leuchtkraft von 0,002 und eine Oberflächentemperatur von 2700 K. Ein kleinerer Stern wäre ein Brauner Zwerg und könnte das Leben, wie wir es kennen, auf seinen Planeten nicht realistisch unterstützen.
Die Berechnungen würden uns einen Umlaufradius von 0,011 AE geben, während die bewohnbare Zone zwischen 0,047 und 0,094 AE umfassen würde, was mindestens viermal weiter vom Stern entfernt ist. Kurz gesagt, unserem 1-Tages-Planeten dort würde es schlechter gehen als der Venus.
Wenn wir uns jedoch nicht auf Hauptreihensterne beschränken, gibt es Optionen. Weiße Zwerge sind bekannt für sehr hohe Masse-Leuchtkraft-Verhältnisse sowie Langzeitstabilität.
Nehmen wir den Stern Van Maanen 2 , einen Weißen Zwerg, der 14 Lichtjahre vom Sonnensystem entfernt ist, und sehen wir, wie ein Planet auf einer Umlaufbahn um ihn herum zurechtkommt. Die Masse von Van Maanen 2 beträgt 0,68 Sonnen, die Leuchtkraft 0,00017 und die Oberflächentemperatur ist für uns mit 6220 K viel angenehmer. Die Umlaufbahn für ein 1-Tages-Jahr ergibt 0,017 AE, während die Bewohnbarkeitszone zwischen 0,012 und 0,021 AU liegt. Bingo!
Ja, unser Planet kann einen Weißen Zwerg umkreisen. Es wäre jedoch wahrscheinlich gezeitengesperrt, und an diesem Punkt ist der Wissenschaft nicht ganz klar, ob Leben auf einem solchen Planeten existieren kann, selbst wenn er die richtige (durchschnittliche) Temperatur hat.
Für einen Stern mit 1 Sonnenmasse und in der Entfernung, die Sie für ein 24-Stunden-Jahr benötigen würden (2.927.699,613 km), könnten Sie Folgendes haben:
Dies sind die beiden Extreme, aber sie würden Ihnen die korrekte Solarleistung liefern.
Die beobachteten Radien von Weißen Zwergen betragen etwa 0,8–2% der der Sonne. Dies könnte möglicherweise für Ihre Lösung funktionieren, aber Sie müssen auch berücksichtigen, dass Weiße Zwerge eine höhere Energieabgabe pro Volumeneinheit haben als die Sonne.
Sie können keinen bewohnbaren Planeten mit erdähnlichen Temperaturen bekommen, der einen Stern mit einer Masse gleich der Sonne mit einer Umlaufzeit oder einem Jahr umkreist, die einen Erdtag lang ist. Daher müssen Sie sich mit einem Stern begnügen, der sich stark von der Sonne unterscheidet, damit ein erdähnlicher Planet ein Jahr lang einen Erdtag hat.
Die Masse eines Sterns (und in geringerem Maße sein Alter) bestimmt, wie viel Strahlung der Stern aussendet. Die Menge an Strahlung, die ein Stern aussendet, bestimmt die Entfernungen seiner bewohnbaren Zone, in der ein Planet umkreisen und erdähnliche Temperaturen haben könnte. Die Masse des Sterns und die Umlaufbahn des Planeten bestimmen die Umlaufgeschwindigkeit des Planeten und die Länge seines Jahres.
Es gibt bekannte Exoplaneten mit Jahren, die weniger als einen Erdtag lang sind. Aber sie kreisen nicht in den habitablen Zonen von Sternen mit Sonnenmassen.
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_exoplanet_extremes#Orbital_characteristics 1
Es gibt Exoplaneten, von denen bekannt ist, dass sie in den bewohnbaren Zonen ihrer Sterne umkreisen, was diese Exoplaneten zu potenziell bewohnbaren Exoplaneten macht.
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_potentially_habitable_exoplanets 2
Ihre Jahreslänge ist sehr unterschiedlich. Die vier Planeten in der bewohnbaren Zone von TRAPPIST-1 umfassten die drei potenziell bewohnbaren Exoplaneten mit den kürzesten bekannten Tagen; 9,2 Tage, 6,1 Tage und 4,05 Erdtage.
Ich habe keine Berechnungen durchgeführt, aber ich denke, dass es für einen Planeten in der bewohnbaren Zone eines Sterns möglich ist, ein Jahr so kurz wie einen Erdtag zu haben.
Aber alle potenziell bewohnbaren Welten, die in den bewohnbaren Zonen mit sehr kurzen Jahren kreisen, umkreisen sehr schwache Rote Zwerge der Spektralklasse M. Und diese Sterne sind viel weniger massereich als die Sonne.
Damit ein Planet in der habitablen Zone seines Sterns ein Jahr lang einen Erdtag lang umkreist, müsste er einen Klasse-M-Stern umkreisen, der noch dunkler als TRAPPIST-1 ist, und sogar näher als TRAPPIST-1d. Es scheint also absolut unmöglich zu sein, dass dieser Stern die gleiche Masse wie die Sonne hat.
Es wurde berechnet, dass Planeten, die in der bewohnbaren Zone eines roten Zwergsterns kreisen, durch Gezeiten an ihre Sterne gebunden werden, wobei eine Seite ständig dem Stern zugewandt ist und ewigen Tag hat und eine Seite ständig vom Stern abgewandt ist und ewige Nacht hat. Und es ist umstritten, ob ein Planet erdähnlich und bewohnbar sein könnte, wenn er durch Gezeiten an seinen Stern gebunden wäre.
Ein Ausweg aus diesem Problem wäre, dass der erdähnliche Planet tatsächlich ein erdähnlicher riesiger Mond eines riesigen Planeten ist. Der Mond würde den Planeten umkreisen, der den Stern umkreisen würde. Der Mond würde durch die Gezeiten an den Planeten und nicht an den Stern gebunden werden, und so würde er einen täglichen Hell-Dunkel-Zyklus haben, der der Periode seiner Umlaufbahn um den Planeten entspricht.
Wenn Sie das versuchen, wäre es wahrscheinlicher, dass die Erde wie der Mond eine Umlaufzeit von einem Erdtag um den Planeten hat und dass der Planet eine Umlaufzeit von mindestens mehreren Tagen um den Stern anstelle des Planeten hat mit einer Umlaufzeit von einem Erdtag um den Stern und der Mond mit einer Umlaufzeit von einem Bruchteil eines Erdtages um den Planeten. Das wäre also nicht genau das, was Sie wollen.
Natürlich ist es, abhängig von verschiedenen Theorien zu diesem Thema, immer möglich, dass ein gezeitengebundener Planet, der in der Nähe eines roten Zwergsterns kreist, bewohnbar bleiben könnte. Da Trappist-1 der Spektralklasse M8V angehört, wäre ein bewohnbarer und erdähnlicher Planet mit einem Jahr, der einen Erdtag lang ist, wahrscheinlich der Klasse M9V oder sogar dunkler.
Wenn ein Roter Zwerg mit der Spektralklasse M9V immer noch zu hell wäre, um einen erdähnlichen Planeten mit einem Jahr einen Erdtag lang zu haben, hätten Sie ein Problem damit, einen noch dunkleren Sterntyp auszuwählen.
Möglicherweise müssen Sie mit einem weißen Zwergstern gehen. Weiße Zwergsterne sind viel heißer als rote Zwergsterne, daher emittiert jeder Bereich ihrer Oberfläche viel mehr Strahlung als der gleiche Bereich eines roten Zwergsterns. Aber Weiße Zwerge können sehr klein sein und haben daher viel weniger Oberfläche, von der sie Strahlung emittieren können.
Daher könnten die schwächsten weißen Zwergsterne viel schwächer sein als die schwächsten roten Zwergsterne.
Weiße Zwergsterne sind trotz ihrer geringeren Größe auch sehr dicht und daher massereicher als rote Zwergsterne. Daher muss ein Planet, der einen weißen Zwergstern umkreist, möglicherweise schneller umkreisen, um in der Umlaufbahn zu bleiben, und ein kürzeres Jahr haben, als wenn er einen roten Zwergstern in derselben Entfernung umkreisen würde.
Weiße Zwergsterne wären also eine gute Wahl für einen erdähnlichen Planeten mit einem Jahr auf einem Erdtag. Abgesehen von der Geschichte der weißen Zwergsterne.
Weiße Zwergsterne waren einst massereiche Sterne, die ihren Brennstoff sehr schnell verbrennen mussten, und so ist ihnen der Wasserstoff zum Verschmelzen ausgegangen, sie haben sich zu roten Riesen ausgedehnt und sind dann zu winzigen weißen Zwergen geschrumpft, die vor Restwärme leuchten.
Dieser Prozess hätte jeden Planeten zerstört, der so nahe umkreist. Der erdähnliche Planet hätte also durch ziemlich unwahrscheinliche Naturkräfte oder durch eine hochentwickelte Zivilisation von einem anderen Ort in seine gegenwärtige Umlaufbahn gebracht werden müssen und dann Milliarden von Jahren in seiner neuen Umlaufbahn verbleiben müssen, während er allmählich erdähnliche Bedingungen entwickelte weiter seine Oberfläche.
Eine andere Möglichkeit wäre, den Planeten um einen Braunen Zwerg kreisen zu lassen. Ein Brauner Zwerg ist ein Objekt, das massereicher als ein Planet und weniger massereich als ein Stern ist und hauptsächlich unsichtbare Infrarotstrahlung aussendet. Ein Planet, der einen Braunen Zwerg mit der richtigen Masse und Leuchtkraft umkreist, könnte möglicherweise ein Jahr lang einen Erdtag lang in der bewohnbaren Zone des Braunen Zwergs umkreisen, obwohl ich keine Berechnungen angestellt habe.
Es gibt also mehrere Möglichkeiten für jemanden, eine Umlaufbahn innerhalb der bewohnbaren Zone mit einer Länge von einem Erdtag zu berechnen.
Einer) ein Roter Zwerg, wahrscheinlich Spektralklasse M9V.
Zweitens ein Weißer Zwerg, bei dem der Planet vor Milliarden von Jahren in seine gegenwärtige Umlaufbahn gebracht wurde, nachdem der Stern zu einem Weißen Zwerg wurde.
Drei) ein Brauner Zwerg.
Für einen Stern mit Sonnenmasse und einem erdähnlichen Klima in einer 1-Tages-Umlaufbahn bräuchte man einen Weißen Zwerg. Dies bringt jedoch einige Probleme mit sich.
Erstens ist der Weiße Zwerg der Endzustand der Sternentwicklung. Der Vorläuferstern wäre viel größer gewesen, insbesondere während der Riesenstufe, die das innere Planetensystem zerstören würde. Sie haben auch das Problem, dass ein junger weißer Zwergstern extrem heiß und leuchtend ist, was das gesamte Wasser von einem nahe gelegenen Planeten verdampfen würde, lange bevor der Stern genug abgekühlt ist (auf eine ähnliche Temperatur wie unsere Sonne) für die 1- Tagesumlaufbahn in der bewohnbaren Zone.
Der Weg, dies zu umgehen, besteht darin, den Planeten zu einem späteren Zeitpunkt zu formen. Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, dass die Orbitaländerungen aufgrund des Massenverlusts des Vorläufersterns ein bestehendes Planetensystem destabilisieren und schließlich einen Planeten in eine Umlaufbahn werfen, wo er durch die Schwerkraft des Weißen Zwergs auseinandergerissen wird. Dies könnte eine Scheibe um den Weißen Zwerg erzeugen, die möglicherweise eine neue Generation von Planeten bilden kann. Wenn die Instabilitäten genügend Zeit brauchen, um sich selbst auszugleichen, können Sie möglicherweise das Schlimmste der frühen leuchtenden Phase der Entwicklung des Weißen Zwergs vermeiden.
Eine Alternative ist, dass der Weiße Zwerg Teil eines binären Systems ist, und wenn der zweite Stern sein rotes Riesenstadium durchläuft, fängt der neue Weiße Zwerg genug Material ein, um eine planetenbildende Scheibe zu produzieren und neue Planeten zu erschaffen. Wenn zu viel Material auf den Weißen Zwerg fällt, besteht natürlich die Gefahr, dass das System einer Nova-Explosion oder einer Supernova vom Typ Ia ausgesetzt wird.
Sobald Sie einen Planeten irgendwie in die "bewohnbare Zone" eines Weißen Zwergs gebracht haben, ist das nächste Hauptproblem die Gezeitenerwärmung. Die Gezeitenkräfte in dieser Entfernung von einem Weißen Zwerg werden schwerwiegend sein: Selbst winzige Mengen an orbitaler Exzentrizität führen zu einer Welt, die Io stabil aussehen lässt, deren Folgen einen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt (auch als „Gezeitenvenus“ bezeichnet) und Magma beinhalten könnten Ozeane und andere allgemeine Unannehmlichkeiten. Gezeitenkräfte wirken, um die Umlaufbahn in kurzen Zeitskalen zu kreisförmigisieren, aber wenn es einen anderen Planeten im System gibt, könnte die Wirkung seiner Schwerkraft auf die Umlaufbahn leicht eine Katastrophe auslösen.
Matthew
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