Wie groß wäre die Temperaturschwankung auf diesem Planeten? (Hohe Exzentrizität & langsame Rotation)

Ich habe versucht, ein Modell zu finden (oder ein relevantes Papier zu finden), um die ungefähre Tag / Nacht- und Periapsis / Apoapsis-Temperaturschwankung für einen erdähnlichen Planeten zu berechnen, der eine hohe Exzentrizität und eine langsame Rotationsrate aufweist. Der Planet umkreist einen Stern der M-Klasse und ist etwas kleiner als die Erde mit einer dickeren Atmosphäre aus hauptsächlich Stickstoff und Sauerstoff.

Die Masse der Atmosphäre und die Größe der Ozeane spielen eine Schlüsselrolle bei der Speicherung und Umverteilung von Wärme. Ich war jedoch nicht in der Lage, Forschungsarbeiten oder explizite Modelle zu finden, die mir helfen würden, Einzelheiten darüber herauszufinden, wie viel der Temperaturschwankung durch Retention und Umverteilung gemildert würde.

Hier sind die wichtigsten Merkmale des Planeten:

  • 27-tägige Umlaufbahn
  • 13,5 Tage (324 Stunden) Rotation (2:1 Orbitalresonanz)
  • 27-tägiger Sonnentag (Sonnenaufgang bis Sonnenaufgang)
  • 0 Neigung
  • 0,24 Exzentrizität
  • 3 bar atmosphärischer Oberflächendruck
  • 1476 W/m^2 Sonnenstrom (basierend auf der großen Halbachse)
  • Apoapsis: 0,16 AE
  • Periapsis: 0,099 AE
  • große Halbachse: 0,13 AE
  • 11,5 °C mittlere Temperatur (basierend auf der großen Halbachse, dem Fluss usw.).

Alles ... sogar einfache Links zu anwendbaren Forschungsarbeiten wären immens hilfreich. Danke!

Antworten (1)

Zunächst einmal bin ich kein Klimawissenschaftler, also nehmen Sie das mit einem Körnchen Salz. Es ist auch eine sehr grobe Schätzung und berücksichtigt keine Klima- oder Emissionsgradänderungen usw.

Wie auch immer, hier gilt: Nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz strahlt ein schwarzer Körper mit einer Rate, die proportional zur vierten Potenz seiner Temperatur ist. Um nun im Gleichgewicht zu sein, muss der Planet so viel abstrahlen, wie er vom Stern absorbiert. Sagen Sie also, dass auf der Periapsis die gesamte Sonneneinstrahlung Ihres Planeten liegt ich p , während es bei Apoapsis ist ich a . Die Sonneneinstrahlung ist umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung zum Stern, also

ich a / ich p = ( 0,099 / 0,16 ) 2
was gibt
ich a = 0,3828 ich p

Nun, um sowohl bei der Periapsis als auch bei der Apoapsis im Gleichgewicht zu sein, müssen wir haben

ich p = EIN σ ϵ T p 4
ich a = EIN σ ϵ T a 4
wo T p , T a sind globale Temperaturen bei Periapsis und Apoapsis, EIN ist Fläche, σ ist die Stefan-Boltzmann-Konstante und ϵ ist der Emissionsgrad, von dem wir annehmen, dass er konstant ist. Durch Teilen der dritten und vierten Gleichung und Kombinieren mit der zweiten Gleichung erhalten wir
( T a / T p ) 4 = 0,3828 ⟹ T a = 0,7866 T p
Schließlich geben Sie die mittlere Temperatur an 284.5 K . Ich gehe davon aus, dass dies der gleichgewichtete Durchschnitt der Apoapsis- und Periapsis-Temperaturen ist, dh
( T p + T a ) / 2 = 284.5
Wenn wir die beiden vorherigen Gleichungen gleichzeitig lösen, erhalten wir
T p = 318.5 K
T a = 250,5 K

Wenn man bedenkt, dass diese als globale Durchschnittstemperatur behandelt werden sollten, können wir sehen, dass dies aus irdischer Perspektive sehr extrem ist, wo die Extreme der globalen Temperatur innerhalb liegen 12 K für die letzten Millionen Jahre.

Es ist großartig, jemanden zu sehen, der auf der Website Mathe macht. Ich habe die Zeile „Ich bin zu faul, um genau zu rechnen“ entfernt. Sie haben im Internet viel für eine Antwort getan. Sagen Sie am besten einfach, was Ihre Annahmen sind, und tun Sie, was Sie können. +1
Dies ist eine großartige Antwort mit solider Begründung. Kürzlich stieß ich auf eine Forschungsarbeit, in der Planeten um m-Zwergsterne modelliert wurden, die jedoch auf eine ganz andere Temperaturschwankung hindeutet, und dachte, ich würde sie teilen. Das Papier wies darauf hin, dass die thermische Trägheit der Ozeane die Temperaturschwankungen in elliptischen Umlaufbahnen erheblich dämpfen würde. So sehr, dass für einen Planeten wie den, den ich skizziert habe, eine Temperaturschwankung von 2-4K eine genauere Schätzung sein könnte (für das Jahr mit 27 Erdtagen). Sie sprachen jedoch nicht von Binnentemperaturen, die meiner Meinung nach extremer wären und Ihren Berechnungen ein wenig näher kommen würden.
Wie groß wäre die Temperaturschwankung auf diesem Planeten? (Hohe Exzentrizität & langsame Rotation)
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