Ich denke an einen Planeten, der einen nahen Stern umkreist, der irgendwann in nicht naher, aber nicht allzu ferner Zukunft von menschlichen Siedlern kolonisiert wird. Wie klein könnte ein Planet sein, während er immer noch ein relativ naher Ersatz für die Erde ist? Nehmen wir an, die Atmosphäre, das Klima und die Schwerkraft wären der Erde sehr ähnlich. Ist es realistisch möglich, dass ein Planet, der halb so groß ist wie die Erde, diese Eigenschaften hat oder sogar noch kleiner ist?
Hier ist eine praktische Gleichung, wenn Sie den Radius eines Planeten mit der gleichen Oberflächengravitation wie die Erde (oder in der Nähe davon), aber mit einer anderen Dichte finden möchten. Wenn Sie die Größe ändern, aber die gleiche Schwerkraft beibehalten möchten, müssen Sie mit der Dichte herumspielen.
Wo ist der Radius in Metern, g ist die Erdanziehungskraft (9,8 m/s), ist die Gravitationskonstante (6,67384E-11) und ist die Dichte eures Planeten in Kilogramm pro Kubikmeter. Ich habe diese Gleichung aus der Oberflächengravitationsgleichung abgeleitet .
Sie können dies überprüfen, indem Sie die Erddichte in kg pro Kubikmeter eingeben: 5510 kg/m^3.
Prüfen.
Sie können also damit beginnen, Dichten für verschiedene Materialien oder Mischungen nachzuschlagen und herauszufinden, wie groß Ihr Planet mit einer Oberflächengravitation wäre, die der der Erde entspricht.
Zum Beispiel überprüfe ich den Radius für einen Planeten aus Platin. Die Dichte von Platin beträgt 21,09 Gramm pro Kubikzentimeter. Konvertieren Sie das in Kilogramm pro Kubikmeter: 21.090 kg/m^3.
Setzen Sie es jetzt in die Gleichung ein und Sie erhalten einen Radius von 1.662 km für einen Planeten aus massivem Platin . Das ist etwas kleiner als unser Mond.
Es ist möglich, einen so kleinen Planeten mit der Schwerkraft der Erde zu bekommen, aber intuitiv ist dies überhaupt nicht wahrscheinlich.
Wie ich sicher bin, dass jemand darauf hinweisen würde, wenn ich es nicht erwähnen würde, sind dies viel mehr Dinge als die Schwerkraft, die benötigt werden, um einen erdähnlichen Planeten zu bekommen.
Der Planet kann sich nicht zu schnell drehen . Es braucht auch ein Magnetfeld, um sich vor Sonnenwind zu schützen. Ihr Planet kann also nicht aus massivem Platin bestehen. Aber Sie können einige verschiedene Materialien mischen und sie in die Dichtemessung nach Verhältnissen ihrer Masse auf Ihrem Planeten einbeziehen.
Vorausgesetzt, Sie beginnen mit einer Atmosphäre und den verschiedenen Anforderungen , um daran festzuhalten . Sie sind auf dem besten Weg zu einem bewohnbaren Planeten .
Der Planet wird eine ausreichende Schwerkraft benötigen, um Sauerstoff und Wasser zurückzuhalten. Technisch gesehen würde weniger als die Erde ausreichen, aber auch die Größe des Planeten spielt eine Rolle. Ärgerlicherweise sind kleinere Planeten schlechter darin, die Atmosphäre zu halten, also können wir damit beginnen, dass 1G benötigt wird. Die tatsächliche Physik ist natürlich komplexer, aber die traurige Tatsache ist, dass sie zu komplex ist, um sie zu modellieren. Mein Verständnis ist, dass vieles von dem, was Sie über dieses Thema lesen, unbewiesen ist, da Sie nur einen bewohnbaren Planeten zum Studieren haben.
Das Verhältnis, in dem der Planetendurchmesser verringert werden kann, während die gleiche Schwerkraft beibehalten wird, ist das Gegenteil des Verhältnisses, in dem die Dichte erhöht werden kann.
Leider ist die Erde schon ziemlich dicht. Es ist kein natürlicher Prozess bekannt, der wesentlich dichtere Planeten erzeugt. Ich denke, eine Erhöhung der Dichte um 10% wäre plausibel, aber das ergibt bei weitem nicht die gewünschte Verringerung der Größe.
Sie müssen also vergessen, die gleiche Schwerkraft zu haben, und ein Schlupfloch finden ...
Das Offensichtliche ist, dass die Atmosphäre nur für kurze Zeit stabil sein muss, da die Kolonisten erst seit kurzer Zeit auf dem Planeten sind. Der Planet würde schnell flüchtige Stoffe verlieren, aber ein hohes Maß an Vulkanismus würde sie genauso schnell wieder auffüllen. Einige der flüchtigen Stoffe könnten vor relativ kurzer Zeit aus Kometen- und Asteroideneinschlägen gewonnen worden sein. Solch ein schweres Bombardement hätte auch die Kruste des Planeten ausreichend erhitzt und aufgebrochen, um die Freisetzung anderer flüchtiger Stoffe von dort auszulösen.
Der Mars hatte früher eine solche Atmosphäre und der Mars hat ungefähr den halben Erddurchmesser und 30 % der Oberfläche. Es sollte also möglich sein, dass der Halblingsplanet einige Millionen Jahre lang bewohnbar ist. Außerdem konzentrieren sich schwerere Elemente nicht in der Nähe der Oberfläche. Das bedeutet, dass wertvolle Mineralien durch Asteroideneinschläge gebracht werden. Der Halblingsplanet wäre wahrscheinlich reich an wertvollen Mineralien, da das Bombardement relativ neu war und kein Prozess es ihnen bisher ermöglicht hat, tiefer zu sinken. (Der Planet wäre wahrscheinlich zu klein für die Plattentektonik.)
Leider hätte diese Atmosphäre keinen freien Sauerstoff. Ihre Kolonisten brauchen also entweder ein einfaches Terraforming (führen Sie photosynthetisches Leben ein und warten Sie) oder jemand oder etwas anderes hat solches Leben bereits auf den Planeten gebracht. Dies würde entweder einen anderen lebenstragenden Planeten im selben System oder einen Besuch von Außerirdischen vor langer Zeit bedeuten.
Alternativ könnten Sie einfach einen erdgroßen Planeten haben, der weniger bewohnbare Landfläche in Form eines einzelnen, kleinen Kontinents zur Verfügung hat. Dies würde alle Auswirkungen eines Planeten mit "kleinerer, aber gleicher Schwerkraft" emulieren, jedoch ohne spekulative Wissenschaft. Hängt wirklich davon ab , warum Sie einen kleineren Planeten wollen.
Eine Ozeanwelt mit einem einzigen Kontinent mit bewohnbaren Küstengebieten und einer zentralen Wüste hätte den Raum für das Wachstum der Kolonie begrenzt, aber nicht bis zu dem Punkt, an dem die Menschen dazu gedrängt würden, schwimmende Arkologien oder riesige Wüstenbewässerungsprojekte zu bauen. Andererseits könnte ein Planet ohne Plattentektonik überhaupt keine echten Kontinente haben. Alles Land würde aus großen magmatischen Provinzen stammen. Warum sollte das gut sein? Ein Zitat aus dem verlinkten Artikel könnte die Antwort geben:
Die Untersuchung von LIPs hat wirtschaftliche Auswirkungen. Einige Arbeiter assoziieren sie mit eingeschlossenen Kohlenwasserstoffen. Sie sind mit wirtschaftlichen Konzentrationen von Kupfer-Nickel und Eisen verbunden. Sie stehen auch in Verbindung mit der Bildung wichtiger Mineralprovinzen, einschließlich Lagerstätten von Platingruppenelementen (PGE) und in den Silicic LIPs, Silber- und Goldlagerstätten. Titan- und Vanadiumvorkommen werden auch in Verbindung mit LIPs gefunden.
Diese Frage wurde 1997 in einem schönen, sehr einfachen und lesbaren Artikel von Williams, Kasting & Wade untersucht (siehe hier ). Dieses Papier konzentriert sich auf Monde von Gasriesenplaneten, aber die Idee ist die gleiche, und sie behandeln die Frage, was genau in Bezug auf die Planetenmasse für das Leben benötigt wird.
Der Trick ist, wir wissen nicht genau, was auf der Checkliste fürs Leben steht. Williams et al. betrachteten 2 wichtige Dinge: 1) der Planet muss genug Schwerkraft haben, um eine Atmosphäre zu halten, und 2) der Planet muss genug langlebige Radionuklide in seinem Inneren haben, um eine Wärmequelle bereitzustellen, die in der Lage ist, die Plattentektonik aufrechtzuerhalten.
Sie kamen zu einer Untergrenze für die Bewohnbarkeit von etwa der Marsmasse (0,1 Erdmassen). Der wichtigste limitierende Faktor ist die interne Wärmequelle, und dort gibt es einige Unsicherheiten. Ich habe ihre Berechnung ein paar Jahre später mit etwas konservativeren Annahmen erneut durchgeführt und endete mit etwa 1/3 einer Erdmasse als Untergrenze.
Hier ist eine Zusammenfassung der verschiedenen Faktoren: https://planetplanet.net/2014/05/20/building-the-ultimate-solar-system-part-2-choosing-the-right-planets/
Ein Trick besteht darin, die richtige atmosphärische Dichte zu finden. Zu dünn, und es ist schwer zu atmen. Zu dick, und Sie haben nicht genug Licht am Boden der Atmosphäre, um eine Ökologie mit Energie zu versorgen.
Planeten verlieren Atmosphäre. Es gibt eine Energieverteilung zwischen Gasmolekülen bei jeder gegebenen Temperatur. An der Spitze der Atmosphäre sind einige von ihnen schneller als die Fluchtgeschwindigkeit von diesem Punkt.
Die durchschnittliche Molekulargeschwindigkeit ist temperaturabhängig. Eine heißere Sonne oder näher an der Sonne bedeutet schnellere Flucht.
Die Fluchtgeschwindigkeit hängt sowohl von der Masse als auch von der Entfernung vom Zentrum des Planeten ab. Schwerer Planet = langsamere Flucht. Größerer Planet = langsamere Flucht.
Letzteres mag kontraintuitiv sein: Wenn Sie einen größeren Planeten haben, der weniger dicht ist, aber immer noch eine Oberflächengravitation von 1 g hat, ist die Fluchtgeschwindigkeit erheblich höher.
Ein starkes Magnetfeld hilft, eine Atmosphäre aufrechtzuerhalten. Viele der Moleküle in der oberen Atmosphäre sind ionisiert. Ein Ion kann sich in einem Magnetfeld nicht geradlinig fortbewegen, sondern dreht sich spiralförmig um die Magnetfeldlinien. Da das Feld an beiden Enden in die Erde eingebettet ist, trifft das Ion schließlich wieder auf die Atmosphäre. (Ok, es ist unordentlicher als das. An den Polen gibt es eine Konvergenz von Feldlinien. Dies wirkt als Spiegel für langsame Ionen. Sie springen also zwischen Nord- und Südpol hin und her.)
Warum also hat die Venus mit im Wesentlichen der gleichen Masse und dem gleichen Durchmesser wie die Erde so viel Atmosphäre? Es ist heißer. Es hat nicht viel von einem Magnetfeld. Es soll Atmosphäre verlieren. Gute Frage. Meine Vermutung ist, dass es am Fehlen von Ozeanen liegt. Keine Ozeane = keine Prozesse, die CO2 in Karbonatgestein umwandeln.
Mars mit einem starken Magnetfeld könnte lange Zeit eine Atmosphäre halten.
HDE226868
Akaddoura
grimmsdottir
Stolperer