Ich entwerfe einen bewohnbaren erdähnlichen Planeten mit Ozeanen, Wäldern und Leben. Nun hat dieser Planet einen etwas größeren Durchmesser als die Erde, aber seine Masse und damit seine Schwerkraft ist etwas geringer. Diese geringere Schwerkraft hat zu großen Lebensformen geführt. Jetzt ähnelt eine dieser Lebensformen im Aussehen einer großen Qualle mit Flügeln, die durch die Luft gleitet. Ich war mir jedoch nicht sicher, ob eine geringere Schwerkraft ausreicht, um eine so riesige Kreatur durch die Luft fliegen zu lassen, also fand ich einen Weg, dies zu lösen, indem ich die Atmosphäre dicker machte. Aber dann traf es: "Wenn ein Planet eine geringere Schwerkraft hat, wie kann er dann eine so dichte Atmosphäre haben?" Ich habe gesucht, ob es reale Planeten gibt, die diese Eigenschaften haben (geringere Schwerkraft, dichte Atmosphäre) und erkannte, dass die Venus gut zusammenpasst. Aber andererseits ist Venus nicht Ist es nicht wirklich der gastfreundlichste Planet, den es gibt? Also, um es zusammenzufassen, könnte ein Planet eine geringere Schwerkraft und dennoch eine dickere Atmosphäre haben? Und könnte ein solcher Planet auch erdähnlich sein?
Ja. Angesichts Ihrer Prämisse eines Planeten mit einem größeren Durchmesser, aber geringerer Oberflächengravitation als die Erde, würde ich tatsächlich eine dickere Atmosphäre (sowohl in Bezug auf den atmosphärischen Druck als auch auf die wörtliche Dicke) als die Erde erwarten .
Die relevanten Größen sind hier Erdbeschleunigung und Fluchtgeschwindigkeit. Sie wollen einen Planeten mit weniger Schwerkraft als die Erde an seiner Oberfläche, aber einer höheren Fluchtgeschwindigkeit in seiner oberen Atmosphäre. Ist das plausibel? Absolut!
Die relevanten Variablen, die Sie hier direkt einstellen können, sind die Masse und der Radius des Planeten. Beachten Sie, dass auf den Skalen von Planeten (außer Gasriesen) die Dicke der Atmosphäre im Vergleich zum Radius des Planeten selbst unbedeutend ist. Um die Dinge hier zu vereinfachen, ignoriere ich die Dicke der Atmosphäre einfach vollständig.
Die relevanten Formeln sind die Gravitationsbeschleunigung an der Oberfläche des Planeten:
und Fluchtgeschwindigkeit :
wobei r der Radius deines Planeten ist, M die Masse des Planeten und G die Newtonsche Gravitationskonstante ist .
Sie möchten die Oberflächengravitation (gemäß Ihrer Prämisse) verringern und gleichzeitig die Fluchtgeschwindigkeit erhöhen (was es dem Planeten erleichtert, an einer Atmosphäre festzuhalten). Die Oberflächengravitation nimmt schnell mit dem Radius ab, wie dadurch angezeigt wird Begriff, also wird die Vergrößerung des Radius des Planeten sehr schnell seine Oberflächengravitation verringern. Damit die Fluchtgeschwindigkeit jedoch nicht abnimmt, muss die Masse mindestens um den gleichen Betrag erhöht werden.
Nehmen wir als Beispiel einen Planeten mit der 9-fachen Erdmasse und dem 4-fachen Erdradius.
Wie Sie sehen können, hat dieser Planet etwas mehr als die Hälfte der Schwerkraft der Erde, aber die 1,5-fache Fluchtgeschwindigkeit der Erde. Sie müssen natürlich nicht genau diese Zahlen verwenden - ich habe sie hauptsächlich gewählt, um zu vermeiden, irrationale Zahlen zu erhalten. Aber der Punkt ist da: Nehmen Sie die Erde, vergrößern Sie den Radius ein wenig, erhöhen Sie die Masse ein bisschen mehr (aber nicht zu viel mehr), und Sie sind fertig.
Jetzt gibt es eine weitere Komplikation, die Sie berücksichtigen, mit der Hand winken oder ignorieren sollten: Das Material, aus dem Ihr Planet besteht. Die Dichte ist proportional zu , also nimmt sie noch schneller ab als die Oberflächengravitation. Die Dichte dieses Beispielplaneten beträgt etwa 14 % der der Erde. Das bedeutet, dass es meistens aus etwas weniger Dichtem als Wasser bestehen muss – eher wie Ethanol oder Kerosin. Erschwerend kommt hinzu, dass größere, massereichere Planeten tendenziell dichter sind als kleinere Planeten, da die Schwerkraft das Material in der Mitte des Planeten komprimiert. Die Erde ist (etwas) dichter als Merkur, obwohl der Eisenkern des Merkur mehr als die Hälfte seines Volumens ausmacht. Daher muss Ihr Planet aus Materialien bestehen, die viel weniger dicht sind als die, aus denen die Erde besteht, und dennoch in der Lage sind, noch höheren Drücken standzuhalten. Vielleicht hat Ihr Planet statt Silizium, Magnesium und Eisen viel Lithium?
Sie müssen sich daran erinnern, dass die Oberflächengravitation und die Fluchtgeschwindigkeit zwei verschiedene Eigenschaften eines Planeten sind, und Sie müssen eine so niedrig wie möglich und die andere so hoch wie möglich sein.
Soweit ich mich erinnere, muss die Austrittsgeschwindigkeit aus dem Planeten auf der obersten Ebene der Atmosphäre, wo Gase aus dem Planeten entweichen, eine bestimmte Anzahl von Malen sein - 5 oder 6, denke ich - größer als die Durchschnittsgeschwindigkeit von Gasmolekülen auf diesem Niveau, um die Atmosphäre für Milliarden von Jahren zu erhalten. Die Durchschnittsgeschwindigkeit der Gasmoleküle am oberen Rand der Atmosphäre hängt von ihrer Durchschnittstemperatur ab, die sich von der in Bodennähe unterscheiden kann.
Wenn das Verhältnis zwischen Fluchtgeschwindigkeit und durchschnittlicher Molekülgeschwindigkeit nicht so hoch ist, wird der Planet seine Atmosphäre in weniger als Milliarden von Jahren verlieren und muss seine Atmosphäre aus verschiedenen Quellen wieder auffüllen, um lange genug eine zu haben, um mehrzelliges Leben zu entwickeln. intelligente Eingeborene, eine für Menschen atembare atmosphärische Zusammensetzung oder andere Dinge, die für einen interessanten Planeten in den meisten Arten von Science-Fiction-Geschichten notwendig sind. Es wird zum Beispiel angenommen, dass die Atmosphäre auf Titan etwa so schnell wieder aufgefüllt wird, wie sie entweicht.
Die Erde scheint in der Lage zu sein, ihre ursprüngliche Atmosphäre für Milliarden von Jahren beizubehalten. Die Venus zum Beispiel hat eine etwas geringere Fluchtgeschwindigkeit und eine viel dichtere und massivere Atmosphäre als die Erde, daher ist es schwer vorstellbar, dass viel Venusatmosphäre ständig verloren geht und wieder aufgefüllt wird.
Eine andere Sache, die eine Planetenatmosphäre entfernen kann, ist der Sonnen- oder Sternenwind von Partikeln, der Moleküle aus der oberen Atmosphäre in den Weltraum schleudert. Eine starke planetarische Magnetosphäre lenkt die meisten dieser Partikel ab und schützt die Atmosphäre.
Was Sie sich wünschen, ist ein Planet, der eine möglichst geringe Oberflächengravitation hat, um das Fliegen zu erleichtern, und eine möglichst dichte Atmosphäre, um das Fliegen zu erleichtern, und eine dichtere Atmosphäre zu haben, die durch die Fluchtgeschwindigkeit erleichtert wird ist so hoch wie möglich.
Merkur hat eine Oberflächengravitation von 3,7 Metern pro Sekunde pro Sekunde, 0,3772 der der Erde, und eine Fluchtgeschwindigkeit von 4,25 Kilometern pro Sekunde, was 0,3799 der Fluchtgeschwindigkeit der Erde entspricht. Das Verhältnis der Fluchtgeschwindigkeit zum Verhältnis der Oberflächengravitation beträgt 1,0071.
Die Venus hat eine Oberflächengravitation von 8,87 Metern pro Sekunde pro Sekunde, 0,9044 der Erd- und eine Fluchtgeschwindigkeit von 10,36 Kilometern pro Sekunde, was 0,92615 der Fluchtgeschwindigkeit der Erde entspricht. Das Verhältnis der Fluchtgeschwindigkeit zum Verhältnis der Oberflächengravitation beträgt 1,0240.
Die Erde hat eine Oberflächengravitation von 9,807 Metern pro Sekunde pro Sekunde und eine Fluchtgeschwindigkeit von 11,186 Kilometern pro Sekunde, und natürlich sind beide genau 1,000 der Erdoberfläche. Das Verhältnis der Fluchtgeschwindigkeit zum Verhältnis der Oberflächengravitation beträgt 1,0000.
Der Mond hat eine Oberflächengravitation von 1,62 Metern pro Sekunde pro Sekunde, 0,1651 der der Erde, und eine Fluchtgeschwindigkeit von 2,38 Kilometern pro Sekunde, was 0,2127 der Fluchtgeschwindigkeit der Erde entspricht. Das Verhältnis der Fluchtgeschwindigkeit zum Verhältnis der Oberflächengravitation beträgt 1,2883.
Der Mars hat eine Oberflächengravitation von 3,711 Metern pro Sekunde pro Sekunde, 0,3784 der der Erde, und eine Fluchtgeschwindigkeit von 5,027 Kilometern pro Sekunde, was 0,4494 der Fluchtgeschwindigkeit der Erde entspricht. Das Verhältnis der Fluchtgeschwindigkeit zum Verhältnis der Oberflächengravitation beträgt 1,1876.
Io hat eine Oberflächengravitation von 1,796 Metern pro Sekunde pro Sekunde, 0,1831 der der Erde, und eine Fluchtgeschwindigkeit von 2,558 Kilometern pro Sekunde, was 0,2286 der Fluchtgeschwindigkeit der Erde entspricht. Das Verhältnis der Fluchtgeschwindigkeit zum Verhältnis der Oberflächengravitation beträgt 1,2484.
Europa hat eine Oberflächengravitation von 1,314 Metern pro Sekunde pro Sekunde, 0,1339 der der Erde, und eine Fluchtgeschwindigkeit von 2,025 Kilometern pro Sekunde, was 0,1810 der Fluchtgeschwindigkeit der Erde entspricht. Das Verhältnis der Fluchtgeschwindigkeit zum Verhältnis der Oberflächengravitation beträgt 1,3517.
Ganymed hat eine Oberflächengravitation von 1,428 Metern pro Sekunde pro Sekunde, 0,1456 der der Erde, und eine Fluchtgeschwindigkeit von 2,741 Kilometern pro Sekunde, was 0,2450 der Fluchtgeschwindigkeit der Erde entspricht. Das Verhältnis der Fluchtgeschwindigkeit zum Verhältnis der Oberflächengravitation beträgt 1,6826.
Callisto hat eine Oberflächengravitation von 1,235 Metern pro Sekunde pro Sekunde, 0,1259 der der Erde, und eine Fluchtgeschwindigkeit von 2,440 Kilometern pro Sekunde, was 0,2181 der Fluchtgeschwindigkeit der Erde entspricht. Das Verhältnis der Fluchtgeschwindigkeit zum Verhältnis der Oberflächengravitation beträgt 1,7323.
Titan hat eine Oberflächengravitation von 1,352 Metern pro Sekunde pro Sekunde, 0,1378 der der Erde, und eine Fluchtgeschwindigkeit von 2,639 Kilometern pro Sekunde, was 0,2359 der Fluchtgeschwindigkeit der Erde entspricht. Das Verhältnis der Fluchtgeschwindigkeit zum Verhältnis der Oberflächengravitation beträgt 1,7119.
Triton hat eine Oberflächengravitation von 0,779 Metern pro Sekunde pro Sekunde, 0,0794 der der Erde, und eine Fluchtgeschwindigkeit von 1,455 Kilometern pro Sekunde, was 0,1300 der Fluchtgeschwindigkeit der Erde entspricht. Das Verhältnis der Fluchtgeschwindigkeit zum Verhältnis der Oberflächengravitation beträgt 1,6372.
Alle diese Planeten und Monde haben geringere Durchmesser, Massen, Dichten, Oberflächengravitation und Fluchtgeschwindigkeiten als die Erde. Und das Verhältnis ihrer Fluchtgeschwindigkeit zu der der Erde ist größer als das Verhältnis ihrer Oberflächengravitation zu der der Erde, in Verhältnissen, die von 1,0071 bis 1,7323 variieren.
Ein kleinerer Planet als die Erde hat also wahrscheinlich eine Fluchtgeschwindigkeit, die nicht so viel niedriger ist als die der Erde, da seine Oberflächengravitation niedriger ist als die der Erde. Und das ist es, was Sie wollen, eine möglichst geringe Oberflächengravitation, um das Fliegen zu unterstützen, und eine möglichst hohe Fluchtgeschwindigkeit, um eine möglichst dichte Atmosphäre zu erhalten.
Und Ihr Planet wird eine viel dichtere Atmosphäre haben als viele andere Planeten mit ähnlichen Fluchtgeschwindigkeiten, aufgrund verschiedener Faktoren, die eine viel dichtere ursprüngliche Atmosphäre geschaffen und ihm geholfen haben, sie zu erhalten und/oder wieder aufzufüllen, viel mehr als andere ähnliche Planeten.
Beachten Sie, dass die Venus etwas weniger in der Lage ist, eine Atmosphäre zu halten als die Erde, und dennoch eine Atmosphäre hat, die um ein Vielfaches so dicht ist wie die der Erde. Titan ist weniger in der Lage, eine Atmosphäre zu halten als Ganymed oder Callisto, hat aber eine viel dichtere Atmosphäre als sie. Titan ist viel weniger in der Lage, eine Atmosphäre zu halten als die Erde, hat aber eine Atmosphäre, die in ihrer Dichte mit der der Erde vergleichbar ist.
Es wird eine Obergrenze für die Dichte der Atmosphäre eures Planeten geben, wenn ihr wollt, dass Erdmenschen sie atmen, und eine etwas höhere Obergrenze, wenn ihr wollt, dass die Lebensformen auf dem Planeten sie atmen.
Alle Gase in der Erdatmosphäre, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf, sogar Sauerstoff, haben sichere obere Druckgrenzen. Jenseits dieser Grenzen werden alle, sogar Sauerstoff, giftig. Sie müssen also die sicheren Druckgrenzen aller Gase addieren, die wahrscheinlich in einer Planetenatmosphäre zu finden sind, und der Gesamtdruck ist die Gesamtgrenze des atmosphärischen Drucks, den Menschen atmen können. Lebensformen, die auf dem Planeten heimisch sind, haben sich möglicherweise entwickelt, um höhere Drücke zu tolerieren.
L.Niederländisch
Giter
Tyler S. Loeper