Wie lang sollte die Umlaufbahn eines lebensspendenden Megamonds um seinen Mutterplaneten sein?

Teil Eins von Sieben.:

Damarian, der Mond von Checuti, wird wahrscheinlich durch die Gezeiten mit Checuti verbunden sein, wobei eine Seite wahrscheinlich immer Checuti zugewandt ist und die andere Seite immer von Checuti abgewandt ist. Dies bedeutet, dass es ungefähr eine Umrundung von Damarian um Checuti dauern wird, bis der Stern oder die Sterne erscheinen, um Damarian vollständig zu umrunden.

Ein synodischer Tag von Damarian entspricht wahrscheinlich der Länge seiner Umlaufbahn um Checuti, außer dass sich der Planet Checuti während einer Umlaufbahn von Damarian um Checuti ein Stück weit um seinen Stern bewegt. Daher ändert sich die Richtung zum Stern während eines Umlaufs von Damarian um Checuti leicht, und Damarian muss etwas länger umkreisen, damit der Winkel zum Stern derselbe ist wie zuvor.

Die Umlaufbahn von Damarian um Checuti muss also kurz genug sein, damit die Tage und Nächte von Damarian nicht zu lang für eine Bewohnbarkeit sind.

Man sollte also versuchen herauszufinden, wie lang die Tage und Nächte von Darmarian sein können, bevor die Hitze am Tag und die Kälte in der Nacht zu viel für das Leben dort werden.

Wenn Sie möchten, dass Damarian für Menschen von der Erde bewohnbar ist, sollten Sie in Habitable Planets for Man , Stephen H. Dole, 1964, nachlesen, was er über die Bandbreite der Tageslängen auf einer bewohnbaren Welt sagt.

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

Dole betrachtet Rotationsraten für einen Planeten auf den Seiten 58 bis 61 und entscheidet, dass bewohnbare Welten Tageslängen zwischen etwa 2 oder 3 Stunden und 96 Stunden (4 Erdentage) haben.

Teil Zwei: Die Jahreslänge von Checuti und die Tageslänge von Damarian.

Ich stelle fest, dass die Erde ungefähr 365,256 Erdtage benötigt, um die Sonne einmal zu umrunden, und somit ungefähr 0,98561 Bogengrad an einem Erdtag zurücklegt.

Da Sie sagen, dass Damarians Jahr 384 bis 385 (Damarian oder Erde?) Tage lang ist und somit etwa 0,93689 Bogengrad pro Tag zurücklegt, sollte die Korrektur, die Sie zwischen den siderischen und synodischen Tagen von Damarian vornehmen müssen, etwas kleiner sein als für die Erde.

"Exommon Habitability Constrained by Illumination and Tidal Heating" von Rene Heller und Roy Barnes diskutiert einige der vielen Faktoren, die die potenzielle Bewohnbarkeit von Exomonden beeinflussen, die Exoplaneten in anderen Sternsystemen umkreisen.

https://faculty.washington.edu/rkb9/publications/hb13.pdf[2]

Ein Faktor, den sie erwähnen, ist:

Es wurde gezeigt, dass die längstmögliche Tageslänge eines Satelliten, die mit Hill-Stabilität vereinbar ist, etwa P)p/9 beträgt, wobei P)p die Umlaufzeit des Planeten um den Stern ist (Kipping, 2009a).

Kipping, DM (2009a) Transit-Timing-Effekte aufgrund eines Exomonds. Mon Not R Astron Soc 392: 181–189. 3

Das bedeutet, wenn die Länge einer Umlaufzeit um den Planeten und damit seines Tages mehr als ein Neuntel der Umlaufbahn des Planeten um den Stern beträgt, wird die Umlaufbahn des Mondes instabil und der Mond wird auf den Planeten aufprallen oder entkommen vom Planeten in kurzer Zeit nach astronomischen Maßstäben.

Wenn das Jahr von Checuti, dem Planeten, den Damarian umkreist, etwa 384,25 Erdtage lang ist, sollte ein Neuntel eines Jahres etwa 42,694444 Erdtage betragen. Die maximal mögliche Länge des Monats/Tages von Damarian sollte also etwa 42,694444 Erdentage betragen.

Wenn Sie möchten, dass Damarian für Menschen bewohnbar ist, und wenn Doles Schätzung von maximal 4 Erdentagen korrekt ist, muss Damarian Checuti in viel weniger als den ungefähr 42 Tagen umkreisen, die im vorherigen Absatz berechnet wurden.

Ihre Zusammenfassung des Artikels sagt:

. Zusätzlich zur Strahlungserwärmung kann die Gezeitenerwärmung auf Exomonden sehr groß sein, möglicherweise sogar groß genug für eine Sterilisation. Wir identifizieren Kombinationen physikalischer und orbitaler Parameter, für die Strahlungs- und Gezeitenerwärmung stark genug sind, um ein außer Kontrolle geratenes Treibhaus auszulösen. In Analogie zur zirkumstellaren habitablen Zone definieren diese Einschränkungen einen zirkumplanetaren „habitablen Rand“. Wir wenden unser Modell auf hypothetische Monde um den kürzlich entdeckten Exoplaneten Kepler-22b und den Riesenplanetenkandidaten KOI211.01 an und beschreiben es zum ersten Mal , die Umlaufbahnen bewohnbarer Exomonde. Wenn einer der Planeten einen Satelliten in einer Entfernung von mehr als 10 Planetenradien beherbergte, könnte dies auf die Anwesenheit eines bewohnbaren Mondes hindeuten.

Dies scheint darauf hinzudeuten, dass sie berechnet haben, dass der bewohnbare Rand um einen Riesenplaneten in einer Entfernung von etwa 10 Planetenradien liegen würde und dass Monde innerhalb dieses Radius zu stark erhitzt würden und einen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt erleiden würden und unbewohnbar würden.

Da Jupiter einen äquatorialen Radius von 71.492 Kilometern hat, müsste ein bewohnbarer Mond eines jupitergroßen Planeten in einer Entfernung von mindestens 714.920 Kilometern umkreisen, wenn Heller und Barnes Recht haben.

Jupiters Mond Europa umkreist Jupiter in einer Entfernung von 671.034 Kilometern und hat eine Umlaufzeit und einen Tag von 3,5512 Erdtagen.

Jupiters Mond Ganymed umkreist Jupiter in einer Entfernung von 1.070.412 Kilometern und hat eine Umlaufzeit und einen Tag von 7,1546 Erdtagen.

Das gibt eine ungefähre Vorstellung von der minimal möglichen Tageslänge von Damarion, wenn es einen Planeten mit dem Äquitorialradius von Jupiter umkreist.

Dritter Teil: Die mögliche maximale Größe des Planeten Checuti.

Wie groß wäre also der Radius des Planeten Checuti?

Die Ausgangsfrage lautet:

Planet: Checuti ist etwa 25 % größer als Jupiter (sowohl Masse als auch Durchmesser sind am besten, aber mindestens der Durchmesser) und hat ein Ringsystem, das etwa 1,35-mal so groß ist wie das von Saturn.

Ein fiktiver Riesenplanet kann eine viel größere Masse als 1,25 Jupiter haben, aber ich weiß nicht, ob er einen Radius haben kann, der das 1,25-fache des Jupiterradius beträgt.

Die massereichsten Riesenplaneten können nur einen geringfügig größeren Radius als Jupiter haben.

Je massereicher ein Planet ist, desto mehr komprimiert seine Schwerkraft das Material in seinem Kern und desto größer wird seine durchschnittliche Dichte. Wenn mehr Materie hinzugefügt wird, nimmt der Radius des Planeten zu, jedoch nicht proportional zur hinzugefügten Materie, da die Gesamtdichte des Planeten größer wird.

Bei einem Planeten, der etwas massiver und mit etwas größerem Durchmesser als Jupiter ist, ist schließlich eine Grenze erreicht, und der Planet hört auf zu wachsen, wenn mehr Masse hinzugefügt wird, und wird stattdessen dichter und dichter und schrumpft vielleicht sogar ein wenig im Radius.

So sind Riesenplaneten bis etwa zur 13-fachen Jupitermasse möglich, die untere Massengrenze für sogenannte Braune Zwerge. Aber die massereichsten Planeten und Braunen Zwerge und die masseärmsten Sterne haben alle ungefähr den gleichen Durchmesser wie Jupiter.

Die einzige Ausnahme sind Gasriesenplaneten, die ihre Sterne sehr nahe umkreisen und sehr heiß sind, wobei die Atmosphäre durch die intensive Hitze auf ein Vielfaches des normalen Durchmessers angeschwollen ist. Offensichtlich hätte ein Mond eines solchen Planeten eine Temperatur von mehreren tausend Grad und wäre viel zu heiß für wasserbasierte Lebensformen.

Welchen größtmöglichen Durchmesser ein Gasplanet mit Temperaturen im habitablen Bereich haben würde, müsste ein Experte zu Rate ziehen. Aber ich bezweifle, dass es das 1,25-fache des Durchmessers von Jupiter wäre.

Teil Vier: Minimal mögliche Umlaufbahn und Tag von Damarian.

Wenn der Planet Cheuti ein Ringsystem hat, das etwa 1,35-mal so breit ist wie die Ringe des Saturn, sollte es einen Radius von und einen Durchmesser von haben

Der Äquatorradius von Saturn beträgt etwa 60.300 Kilometer und das Hauptringsystem erstreckt sich von etwa 7.000 Kilometer über der Oberfläche bis etwa 80.000 Kilometer über der Oberfläche. Das Hauptringsystem hat einen Außenradius von etwa 140.300 Kilometern und einen Durchmesser von etwa 280.600 Kilometern. Ein 1,35-mal so großes Ringsystem hätte also einen Radius von 189.405 Kilometern und einen Durchmesser von 378.810 Kilometern.

Der Mond Damarian müsste also den Planeten Checuti in einer Entfernung von mindestens 189.405 Kilometern umkreisen, um außerhalb der Roche-Grenze zu sein, da die Ringe wahrscheinlich aus Monden bestehen würden, die innerhalb der Roche-Grenze vorbeizogen.

Oder wenn Checuti den äquatorialen Radius von Jupiter hätte, 71.492 Kilometer, und das Ringsystem sich auf (80.000 mal 1,35) Kilometer um die Oberfläche von Checuti erstreckte, würde der Außenradius des Ringsystems etwa 179.492 Kilometer über dem Zentrum von Checkuti liegen.

Wenn Damarian Checuti direkt hinter dem Ringsystem umkreisen würde, würde es einen sehr kurzen Tag haben.

Der Saturnmond Aegaeon umkreist Saturn in einer Entfernung von 167.500 Kilometern und hat eine Umlaufzeit und einen Tag von 0,80812 Erdtagen.

Der Saturnmond Mimas umkreist Saturn in einer Entfernung von Kilometern und hat eine Umlaufzeit und einen Tag von 0,94242 Erdtagen.

Jupiters Mond Amalthea umkreist Jupiter in einer Entfernung von 181.366 Kilometern und hat eine Umlaufzeit und einen Tag von 0,5012 Erdtagen.

Der Jupitermond Thebe umkreist Jupiter in einer Entfernung von 222.452 Kilometern und hat eine Umlaufzeit und einen Tag von 0,6778 Erdtagen.

Teil Fünf: Maximal mögliche Länge von Damarians Tag.

Wenn Sie möchten, dass Damarian für Erdenmenschen und Wesen mit ähnlichen Anforderungen bewohnbar ist, und wenn Sie Doles maximale Tageslänge von 4 Erdentagen für richtig halten, möchten Sie, dass Damarian Checutie in vier Tagen oder weniger umkreist.

Die Saturnmonde Dione, Helen und Polydeuces umkreisen Saturn in einer Entfernung von 377.396.500 Kilometern und haben Umlaufzeiten und Tage, die 2.736 Erdtage lang sind.

Der Saturnmond Rhea umkreist Saturn in einer Entfernung von 527.108 Kilometern und hat eine Umlaufzeit und einen Tag von 4.518 Erdtagen.

Jupiters Mond Europa umkreist Jupiter in einer Entfernung von 671.034 Kilometern und hat eine Umlaufzeit und einen Tag von 3,5512 Erdtagen.

Jupiters Mond Ganymed umkreist Jupiter in einer Entfernung von 1.070.412 Kilometern und hat eine Umlaufzeit und einen Tag von 7,1546 Erdtagen.

Wenn Checuti viel massereicher als Jupiter ist, aber den gleichen Radius hat, könnte der Mond Damarian ihn in etwas größerer Entfernung beobachten und trotzdem Tage weniger als 4 Erdentage lang haben.

Teil Sechs: Die Magnetosphären von Checuti und Damarian.

Wenn der Mond Damarian nicht innerhalb der Magnetosphäre des Planeten Checuti umkreist, wird er von dieser Magnetosphäre nicht vor den schädlichen Auswirkungen von Sonnenwinden und kosmischer Strahlung abgeschirmt.

In „Magnetic Shielding of Exomoons Beyond the Habitable Edge“ berechnen Rene Heller und Joge Zuluaga, wie sich die Magnetosphären von Riesenplaneten im Laufe der Zeit bilden und ausdehnen. Einige Riesenplaneten können ihre Magnetosphären über ihre bewohnbaren Ränder hinaus auf Zonen ausdehnen, in denen bewohnbare Monde in relativ kurzen Perioden astronomischer Zeit möglich sind, und diese Monde somit vor äußerer Strahlung schützen.

https://arxiv.org/abs/1309.0811[4]

Monde in Entfernungen zwischen etwa 5 und 20 Planetenradien von einem Riesenplaneten können vom Standpunkt der Beleuchtung und Gezeitenerwärmung aus bewohnbar sein, aber dennoch würde die planetarische Magnetosphäre ihre Bewohnbarkeit entscheidend beeinflussen.

Das 5- bis 20-fache des Äquitorialradius von Jupiter wäre 357.460 bis 1.429.840 Kilometer.

Der Jupitermond Thebe umkreist Jupiter in einer Entfernung von 222.242 Kilometern und hat eine Umlaufzeit und einen Tag von 0,6778 Erdtagen.

Der Jupitermond Europa umkreist Jupiter in einer Entfernung von 421.700 Kilometern und hat eine Umlaufzeit und einen Tag von 1,7691 Erdtagen.

Jupiters Mond Ganymed umkreist Jupiter in einer Entfernung von 1.070.412 Kilometern und hat eine Umlaufzeit und einen Tag von 7,1546 Erdtagen.

Die Berechnungen von Heller und Zuluaga gingen jedoch davon aus, dass die potenziell bewohnbaren Exomonde möglicherweise nur ein paar Mal so viel Masse wie der Mars haben und daher wahrscheinlich keine eigenen menschlichen Gnetosphären haben und durch die mgeneto-Sphären ihrer Planeten geschützt werden müssten.

Wenn ein Mond zum Schutz seine eigene Magnetosphäre erzeugen könnte, müsste er zum Schutz nicht innerhalb der Magnetosphäre des Planeten umkreisen.
Die ursprüngliche Frage sagt.

Damarians Durchmesser beträgt 19.113 km, aber seine Schwerkraft ist fast die gleiche wie die der Erde (er besteht größtenteils aus einem Material, das dichter als Wasser ist, magnetisch ist und weit über einer Temperatur gefriert, die für die durchschnittliche erdähnliche Lebensform bewohnbar ist).

Demarian könnte also groß genug sein, um ein eigenes starkes Magnetfeld zu haben und nicht innerhalb des Magnetfelds des Planeten Checuti umkreisen zu müssen. Daher könnte Demarian in größerer Entfernung von Checuti umkreisen und eine viel längere Umlaufzeit und damit Tag haben.

Allerdings stehen lange Tage und Nächte sowie hohe Temperaturen am Tag und niedrige Temperaturen in der Nacht eher im Widerspruch zur Bewohnbarkeit.

Und in der Regel gilt: Je schneller sich eine Welt dreht und je kürzer ihr Tag ist, desto stärker ist ihr Magnetfeld. Demarian muss sich also relativ schnell drehen, um eine Magnetosphäre zu erzeugen, die stark genug ist, um nicht innerhalb der Magnetosphäre von Checuti umkreisen zu müssen. Demarian muss also einen relativ kurzen Tag haben und Checuti relativ nahe umkreisen.

Teil Sieben: Die Dichte von Damarian.

Damarians Durchmesser beträgt 19.113 km, aber seine Schwerkraft ist fast die gleiche wie die der Erde (er besteht größtenteils aus einem Material, das dichter als Wasser ist, magnetisch ist und weit über einer Temperatur gefriert, die für die durchschnittliche erdähnliche Lebensform bewohnbar ist).

Der Durchmesser von 19.113 Kilometern entspricht dem 1,5-fachen des Erddurchmessers von 12.742 Kilometern und somit hat Demarian etwa das 3,375-fache des Erdvolumens. Wenn Demarian das 3,375-fache Volumen der Erde hat und aus den gleichen Substanzen wie die Erde besteht, sollte es mindestens die 3,375-fache Masse der Erde haben. Die größere Masse von Demarian wird sein Material auf eine größere durchschnittliche Dichte als die Erde komprimieren.

Es hieß jedoch, dass die Schwerkraft von Demarian ungefähr der der Erde entsprechen sollte.

Auf Seite 53 von Habitable Planets for Man sagt Dole, dass, da die Obergrenze der tolerierbaren Oberflächengravitation für Menschen bei etwa 1,5 g liegt , ein terrestrischer Planet mit einer Oberflächengravitation von 1,5 g die maximale Größe eines für Menschen bewohnbaren Planeten hätte.

Aus Abbildung 9 ist ersichtlich, dass dies einem Planeten entspricht, der eine Masse von 2,35 Erdmassen, einen Radius von 1,25 Erdradien und eine Fluchtgeschwindigkeit von 15,3 Kilometern pro Sekunde hat.

Ich glaube nicht, dass eine Oberflächengravitation an der oberen Grenze der menschlichen Ausdauer ungefähr die gleiche Schwerkraft wie die Erde zählt, aber Demarian soll viel größer sein als ein solcher Planet.

Daher muss Demarian eine durchschnittliche Dichte haben, die viel geringer ist als die der Erde.

Daher sollte die Roche-Grenze von Checuti für ein Objekt mit der durchschnittlichen Dichte von Demarian viel weiter von Checuti entfernt sein als für ein Objekt mit der Dichte der Erde.

Daher müssen Sie vermeiden, Demarian Checuti zu nahe zu bringen.