Wenn ein Planet der Sonne immer dieselbe Seite zuwendet, also eine permanente Nachtseite und eine permanente Tagseite hat, wird er eine Dämmerungszone zwischen den beiden Seiten haben. Dies wird ein Band um den Planeten sein, das dauerhaft ähnliche Bedingungen wie Dämmerung/Dämmerung hat. Wenn die Tagseite zu heiß und die Nachtseite zu kalt ist, um Leben zu ermöglichen, wie breit könnte dann eine bewohnbare Dämmerungszone sein? Welche Faktoren würden beeinflussen, wie breit es sein könnte? Wie viel Variation würde es darin geben, und würde es einen scharfen Schnitt geben, wo es unbewohnbar wird, oder ein allmähliches Abdriften in extreme Hitze oder Kälte?
Wenn der Planet gezeitengesperrt ist, wird die bestimmende Haupteigenschaft des Planeten der Wärmetransport von der warmen zur kalten Seite sein. Es gibt zwei Hauptmechanismen für den Wärmetransport: Luftströmungen (Wind) und Meeresströmungen.
Um das Schreiben zu vereinfachen, werde ich Hauptrichtungen wie folgt definieren (dies unterscheidet sich von den herkömmlichen Definitionen, aber da es sowieso keine relevante Rotation gibt – es sei denn, der Planet ist sehr nahe am Stern, aber dann wäre der Planet wahrscheinlich sowieso nicht bewohnbar —, die normalen Definitionen wären sowieso ziemlich nutzlos):
Norden ist die Richtung weg von der Sonne, Süden ist die Richtung zur Sonne. Das heißt, es wird kälter und dunkler, wenn Sie nach Norden gehen.
Ost und West sind wie üblich die dazu senkrechten Richtungen. Das heißt, in Ost-West-Richtung bleibt die Helligkeit konstant (außer bei Geländeeinflüssen).
Der grundlegende Mechanismus besteht darin, dass sich Luft/Wasser auf der Südseite erwärmt und daher aufsteigt und auf der Nordseite abkühlt und daher absinkt.
Was Sie bei Luft erleben würden, ist der untere Teil des Luftstroms. Daher würde ein konstanter kalter Wind von der kalten zur warmen Seite strömen. Die Haupteinflüsse auf diesen Wind wären Berge und Ozeane. Berge können Winde blockieren, wenn sie in Ost-West-Richtung sind. Sie werden den Wind in Nord-Süd-Richtung nicht blockieren, aber wenn sie richtig geformt sind, könnten sie die Geschwindigkeit erhöhen und würden daher dem Wind ermöglichen, weiter zu kommen, bevor er wärmer wird.
Beachten Sie auch, dass die Luft, wenn sie über den Ozean strömt (insbesondere wenn der Ozean wärmer als die Luft ist), mehr Wasser enthält. Wenn es dann gezwungen wird, über einen (Ost-West-)Berg zu gehen, kondensiert das Wasser und regnet / schneit dort unten, wodurch Kondensationswärme in der Luft zurückbleibt; Wenn der Wind nachlässt, wird es daher wärmer als zu Beginn (sog. Föhnwind ). Wenn es nördlich des Berges zu kalt ist, gibt es natürlich keinen offenen Ozean (frei von Oberflächeneis), aus dem Wasser entnommen werden könnte (was lokal durch Vulkanismus unterstützt werden könnte; selbst wenn die Hitze selbst unbedeutend ist, könnte dies ausreichen). einen bedeutenden Freiwasserbereich bereitstellen).
Im Norden ist die zusätzliche Abkühlung durch den Wind unerwünscht (es ist sowieso ziemlich kalt). Daher hätten Sie vorzugsweise Ost-West-Berge nördlich der bewohnbaren Zone; Ein gut platzierter Ost-West-Berg im Norden könnte die bewohnbare Zone dort erweitern, idealerweise mit offenem Wasser nördlich davon. Auf der Südseite wäre die zusätzliche Kühlung höchst willkommen; Nord-Süd-Berge wären ideal. Ganz im Süden (idealerweise gerade am Ende der erweiterten bewohnbaren Zone) möchten Sie jedoch wieder Ost-West-Berge, um das Wasser aus der Luft zu sammeln, bevor es in die südliche Wüste abfließt.
Beachten Sie auch, dass Berge lokale Windmuster erzeugen können, die sich vom vorherrschenden Nordwind unterscheiden. Eddies könnten sogar etwas wärmere Luft nach Norden transportieren.
Ein weiterer Punkt zur Bewohnbarkeit ist die Höhe. Je höher man kommt, desto kälter wird die Luft, und deshalb könnte man in den Bergen im Süden leben, wo es auf Meereshöhe schon zu heiß werden würde. Das ist ein weiterer Grund, warum Sie Berge im Süden wollen würden. Beachten Sie auch, dass es im Schatten eines Berges (der sich nie bewegt!) kälter ist als in der direkten Sonne, sodass auch diese Schatten die bewohnbare Zone vergrößern können. Beachten Sie insbesondere, dass Sie in / in der Nähe der Dämmerungszone sehr große Schatten haben.
Eine weitere zu berücksichtigende Sache ist die Luftzusammensetzung. Einerseits wollen Sie Treibhausgase. Treibhausgase machen den Planeten nicht nur wärmer als sonst; Indem die Wärme länger in der Atmosphäre gehalten wird, ermöglicht sie auch eine gleichmäßigere Verteilung. Das heißt, ein gezeitengebundener Planet, der weniger einfallende Strahlung, aber einen höheren Treibhauseffekt hat, um die gleiche Durchschnittstemperatur zu erreichen, wird eine größere bewohnbare Zone haben.
Wenn andererseits viel Staub in der Luft ist (möglicherweise wegen viel Vulkanismus), wird das Licht stärker gestreut, und Sie erhalten daher eine gleichmäßigere Beleuchtung (und einen eindrucksvolleren farbigen Himmel/Sonne). Beachten Sie, dass mehr Staub wahrscheinlich auch die Durchschnittstemperatur senkt.
Schließlich kommt noch der Brechungsindex der Luft hinzu: Der Sonnenuntergang auf der Erde erscheint später als rein geometrisch berechnet, weil die Luft das Licht nach unten beugt. Daher würde auf dem gezeitenfesten Planeten die Dämmerungszone leicht nach Norden verschoben, wodurch ein größerer Bereich des Planeten beleuchtet würde. Die beleuchtete Fläche wäre umso größer, je größer der Brechungsindex der Luft ist.
Bei Meeresströmungen erleben Sie die Oberseite des Ozeans, sodass die Hauptwirkung der Meeresströmungen darin besteht, Wärme von Süden nach Norden zu transportieren. Zum Beispiel ist Europa dank des Golfstroms viel wärmer als vom Breitengrad her zu erwarten . Beachten Sie, dass Meeresströmungen aufgrund der Kontinente viel komplexer sind, aber als allgemeine Regel sollten Sie Ozeane in Nord-Süd-Richtung haben, um Meeresströmungen nach Norden zu ermöglichen. Beachten Sie auch, dass eine Meeresströmung auch der Grund sein könnte, warum einige nördliche Ozeane eisfrei sind, um eine Wasserquelle für den Föhnwind bereitzustellen.
Ein weiterer zu berücksichtigender Punkt ist, dass die Umlaufbahn leicht elliptisch sein könnte (die meisten Planetenumlaufbahnen sind es). In diesem Fall wird die Gezeitensperre nicht perfekt sein, aber der Planet wird anscheinend ein wenig um die Sperrposition "oszillieren" (weil die Rotation des Planeten eine konstante Geschwindigkeit ist, die Umdrehung jedoch aufgrund der elliptischen Umlaufbahn nicht). Beachten Sie, dass dies auch für den Erdmond gilt: Er zeigt nicht immer genau dieselbe Seite zur Erde.
Eine solche leicht elliptische Umlaufbahn würde dann in einigen Teilen der Dämmerungszone Jahreszeiten verursachen (es hätte auch einen jahreszeitlichen Effekt auf die gesamte einfallende Strahlung aufgrund der unterschiedlichen Entfernung zum Zentralstern). Grundsätzlich würde die Sonne im Laufe eines Jahres ein wenig auf-/untergehen.
Da dieser scheinbare Anstieg auch die einfallende Sternstrahlung im Durchschnitt über eine größere Fläche verteilen würde, könnte er auch die bewohnbare Zone vergrößern.
Sofern es auf dem Planeten eine erdähnliche Atmosphäre gibt, gibt es mehrere wissenschaftliche Artikel, die versuchen, diese Frage zu beantworten. Zum Beispiel Joshi 1997 oder Joshi 2003 . Das jüngste ist wahrscheinlich Yang 2013 . In seinem Artikel gibt es sehr interessante Karten der Bewölkung (Seite 1) oder der Temperatur einschließlich der Bewölkung (Seite 5).
Nach diesen Berechnungen beträgt der mittlere Temperaturunterschied zwischen dem substellaren Punkt und der Dämmerungszone etwa 70 Kelvin. Artikel von Joshi geben nur etwa 40 Kelvin oder weniger ab. Wenn Sie nach der Bewohnbarkeit für Menschen fragen, liegt der vernünftige Temperaturbereich für sie wahrscheinlich zwischen 0 ° C und 30 ° C, was laut Yang wahrscheinlich vom Äquator (Breitengrad 0 °) bis zum Breitengrad 40 ° reichen würde. Joshi würde wahrscheinlich noch mehr geben. Da extremophile Organismen Temperaturen um 80° C oder mehr bewältigen, könnten sie die gesamte isolierte Hemisphäre bewohnen.
Es ist auch wichtig zu beachten, dass eine höhere atmosphärische Dichte einen höheren Durchfluss und geringere Temperaturunterschiede bedeutet. Im Gegenteil, eine dünnere Atmosphäre bedeutet höhere Temperaturunterschiede. Die Berechnungen in den Artikeln beziehen sich auf aquatische Planeten. Über großen Kontinenten wird die Temperatur auf der isolierten Hemisphäre viel höher sein (30 - 50 Kelvin mehr?). Ich kenne allerdings nicht viele Artikel dazu.
Die Breite der Zone korreliert direkt mit der Größe des Planeten. Twilight / Dämmerung ist dort, wo die Sonne 6 Grad unter dem Horizont steht (für die Erde), sodass dieser Teil der Welt fast senkrecht zur Sonne steht. Ein größerer Planet hat eine viel sanftere Kurve, wodurch ein größerer Bereich des Planeten in der Dämmerung / Dämmerung sein kann.
Variation und Cutoff würden durch die Breite der Zone definiert. Eine schmale Zone hat wenig Variation, aber einen scharfen Schnitt, da die Zone wenig Einfluss auf die heiße und die kalte Seite hat. Eine breitere Zone hätte eine größere Varianz zwischen der heißen Seite und der kalten Seite, aber einen allmählicheren Schnitt.
Ich würde einen anderen Ansatz wählen als die obigen Antworten:
Die Evolution ist bemerkenswert gut darin, Lösungen für das Leben unter härtesten Bedingungen zu finden. Der Boden des Marianengrabens liegt bei über 100 MPa, völlige Dunkelheit, und nahe gelegene Hydrothermalquellen liegen bei angenehmen 400 Grad Celsius. In diesen Umgebungen haben wir Leben gefunden. Bärtierchen sind dafür bekannt, dass sie mehrere Minuten bei 1 Grad über dem absoluten Nullpunkt oder im Vakuum des Weltraums überleben können. Die Natur ist wirklich gut darin, Wege zu finden, um Gebiete zu bewohnen.
Ich würde einen Gradienten erwarten, wenn man sich den unwirtlichen Teilen der Landschaft nähert, wo wir niedrigere Lebensformen sehen, weil es weniger Anreiz gibt, komplizierter oder intelligenter zu werden.
Wir würden mehr scharfe Kanten sehen, wenn der Planet wirklich von den Gezeiten gesperrt wäre. Realistischerweise wird es EINIGES Wackeln geben, wenn auch nur geringfügig, wodurch Bereiche entstehen, in denen Temperaturen im mittleren Bereich herrschen. Diese verschwommenen Bereiche würden es der Evolution ermöglichen, mit der Suche nach Lösungen für die Anpassung zu beginnen.
Letzte Frage zuerst: Nein, es wird keinen scharfen Schnitt geben. Der Mond hat keine Dämmerung, weil er keine Atmosphäre hat: Die Sonne steht am Himmel oder nicht, Punkt. Aber die Erde hat eine Atmosphäre, also haben wir manchmal zweimal am Tag, wenn die Sonne nicht am Himmel steht, aber es gibt etwas Licht. Das sind Dämmerungen. Und beachten Sie, dass sie beide mit der Sonne und nicht am Himmel sind, so dass auf einem gezeitengesperrten Planeten die Zwielichtzone sowohl eine Fernsehserie als auch eine Band auf der dunklen Seite wäre, die die Terminatorlinie berührt. Es ist nicht gleichmäßig auf der hellen und der dunklen Seite verteilt.
Je dichter und höher die Atmosphäre ist, desto größer ist die Dämmerungszone. Die Variationen davon wären die gleichen wie in unserer Dämmerung. Wirklich, es wäre in allen Aspekten fast dasselbe wie unsere Dämmerung, außer dem Wetter.
Das Wetter in unserer Dämmerungszone umfasst Winde von noch heißer See zu bereits kaltem Land (Brise), die in der Abenddämmerung vorübergehend sind, und von bereits heißem Land zu noch kalter See (vorübergehend, in der Morgendämmerung). In einer permanenten Dämmerungszone kann dies nicht so einfach passieren, da es ziemlich schnell die gesamte Atmosphäre in die kalte Zone ziehen würde. Aber es gilt die gleiche Thermodynamik, also benötigen Sie eine permanente Brise nahe der Oberfläche und eine ebenfalls permanente Gegenbrise höher in der Atmosphäre, um den Druck auf der hellen und der dunklen Seite auszugleichen.
Ich muss sagen, dass die Dämmerungszone nicht gleichbedeutend mit der bewohnbaren Zone ist. Es wird mehr Platz für Leben in der hellen Zone nahe der Terminatorlinie geben, wo die Sonne immer am Himmel steht, aber tief am Himmel steht und daher wenig Licht und Wärme bringt. In diesen Zonen haben Sie permanente Schatten, die von Bergen und Bäumen geworfen werden, und somit ein sehr vielfältiges Biom, von der sibirischen Taiga bis zur Wüste Sahara, bevor Sie die unbewohnbare Zone erreichen.
Da die helle Zone Ozeane haben kann, kann es auch zu großer Verdunstung und damit zu enormen Wolken und Stürmen kommen, die die nicht zu heiße Zone noch größer machen. Mit einer ausreichend dunklen Atmosphäre könnte sogar der gesamte Planet bewohnbar sein!
Wenn wir mit bewohnbar meinen: "Unterstützt photosynthetische Pflanzen, die als Grundlage für die lokale Ökologie dienen", ist dies einfach genug. Es ist der Teil des Planeten, der Sonnenlicht empfängt, was ungefähr die Hälfte davon ausmacht. Dies setzt offensichtlich eine optimale Hydrosphäre und Atmosphäre voraus, die eine bewohnbare Temperatur für den gesamten Planeten ergeben.
In der Praxis gäbe es viele Variablen, die es weniger oder mehr machen würden. Wenn wir mit „bewohnbar“ „für Menschen ohne Hochtechnologie bewohnbar“ meinen und der Planet in seiner Wasserbedeckung suboptimal ist, könnte es ein bewohnbares heißes Gebiet geben und niemand würde an den äußersten Rändern leben. Wenn wir uns nicht besonders um Menschen kümmern, wäre die Antwort, dass mehr als die Hälfte des Planeten aufgrund von Strömungen, die Plankton in den dunklen Bereich tragen, und der Bereich, der hell wird, aufgrund von Wackeln und dem Größenunterschied zwischen den Sternen tatsächlich etwas größer als die Hälfte ist und der Planet. Die gewünschte Nummer liegt irgendwo zwischen diesen beiden Enden.
Ich denke wirklich, dass "ungefähr die Hälfte" die beste "allgemeine Antwort" ist, die Sie bekommen können.
Beachten Sie auch, dass die dunkle Seite mit der Chemosynthese tatsächlich eine aktive und ziemlich interessante Ökologie haben könnte. Wenn wir aktiven Vulkanismus annehmen (eigentlich ziemlich vernünftig) und die Forderung nach Photosynthese als Grundlage für Ökologie fallen lassen, könnte der gesamte Planet Leben unterstützen. Dies ist tatsächlich wahrscheinlich für Planeten mit einheimischem Leben. Das Leben ist wirklich gut darin, sich auszubreiten. Und es wird allgemein angenommen, dass chemosynthetisches Leben eine sehr frühe Entwicklung ist.
Es gäbe Arten von Pflanzen in der Dämmerungszone, die sich anpassen würden, um so viel Licht wie möglich zu sammeln, und dunkler würden, um mehr zu absorbieren, möglicherweise sogar schwarz. Die Pflanzenfarbe könnte dann möglicherweise aufhellen, wenn Sie sich zum Terminator und zurück zur hellen Seite bewegen.
Komm schon Leute, bleib auf dem Laufenden. Die Welt, an der Sie hier arbeiten, ist ein Augapfel-Planet ... Sehen Sie es sich an. :> Eine solche Welt ist möglich und wahrscheinlich gibt es viele. Die Kolonie im Twilight-Gebiet wäre stabil, nachhaltig und in der Lage, einen Teil der Welt mit einem Umfang von 25.000 Meilen und einer Breite von vielleicht 2.500 zu nutzen. All das wäre bewohnbares Gebiet, da die Ströme, die von der Eisseite durchfließen (Wasser, das von Gletschern schmilzt, usw., wenn es sich der Wärme nähert), zur heißen Seite durchfließen würden, wo es verdunstet und wieder als Regen auf die dunkle Seite fällt. Die obere Bevölkerungsgrenze wäre vielleicht eine Milliarde, es sei denn, es wurde eine Arcologie im Soleri-Stil verwendet, oder wahrscheinlicher eine Gruppe von ihnen. Die Venus hätte mit nur wenigen Anpassungen zu einer Augapfelwelt werden können.
ckersch