Kleinstmöglicher bewohnbarer Planet? (auch unter Berücksichtigung der Dichte)

Die Antwort auf diese Frage ist eigentlich recht kompliziert bzw. hängt sehr stark von den Parametern ab, die man in die Gleichungen einsetzt. Ich werde Ihnen die Werte mitteilen, die ich verwendet habe, um meine Antwort zu erhalten, und Sie können diese anpassen, wenn Sie die Situation weiter untersuchen möchten.

Annahmen

1. Ich definiere bewohnbar (aus Sicht der Gasretention) als in der Lage zu sein, 50 % seines gasförmigen Wassers für 4 Milliarden Jahre zurückzuhalten$\lambda_{water} = 4 \cdot 10^9 years$.
2. Aus Temperatursicht definiere ich bewohnbar als nicht kälter als$0 C = 273 K$
3. Dichte der$\rho_{planet} \approx \rho_{iron} = 8 \frac{g}{cm^3}$
4. Wir gehen davon aus, dass der "Stoff des Lebens" den im Grunde eisernen Planeten sehr dünn überlagert.

Jim2B-Planet

Ich habe eine komplizierte und benutzerdefinierte Tabelle, die sowohl aus der Physik als auch aus einigen empirischen Handbewegungen besteht, um die Gasretention zu berechnen. Wenn ich die Zahlen durch die Tabelle durchlaufe, finde ich, dass ein Planet mit den folgenden Eigenschaften meine Mindestanforderungen an die Bewohnbarkeit erfüllt:

• $M_{min} = 2 \cdot 10^{24} kg$(3,3x der Masse des Mars oder 1/3 der Masse der Erde)
• $r_{min} = 3,900 km$(120 % des Marsradius)
• $\rho_{min} = 8 \frac{g}{cm^3}$
• $G_{surface} = 0.89 g$(~ Oberflächengravitation der Venus)
• $V_{esc} = 8,263 \frac{km}{s}$(ca. 74 % der Fluchtgeschwindigkeit der Erde)
• $T_{surface} = 273 K$(durchschnittliche Oberflächentemperatur um den Gefrierpunkt von Wasser)

ckersch Planet

Verwenden Sie den gleichen Prozess wie oben, ändern Sie jedoch die Anforderungen an die Bewohnbarkeit ein wenig. Jetzt gehe ich davon aus, dass Wassereinlagerungen nicht das Problem sind, weil wir sehr tiefe Ozeane und viel Wasser haben. Wenn wir also mehr als 1/2 verlieren, ist das kein Problem. Jetzt müssen wir nur noch 50 % unserer halten$O_2$zum$4 \cdot 10^9$Jahre.

• $M_{min} = 8.5 \cdot 10^{23} kg$(130 % der Masse des Mars oder 1/7 der Masse der Erde)
• $r_{min} = 2,900 km$(85 % des Marsradius - 120 % des Merkurradius)
• $\rho_{min} = 8 \frac{g}{cm^3}$
• $G_{surface} = 0.67 g$(~2x Mars-Oberflächengravitation)
• $V_{esc} = 6,200 \frac{km}{s}$(ca. 55 % der Fluchtgeschwindigkeit der Erde)
• $T_{surface} = 273 K$(durchschnittliche Oberflächentemperatur um den Gefrierpunkt von Wasser)

Erstens ist Ihre Mathematik falsch. Ein Planet mit dem halben Volumen der Erde und der doppelten Masse wäre viermal so dicht und hätte eine viel stärkere Oberflächengravitation.

Zweitens müssen Sie über Geochemie nachdenken. Woraus besteht dein dichter Planet? Es gibt nur wenige plausible Substanzen, die Ihnen eine merklich höhere Dichte als die Erde verleihen – wir kennen eine Reihe von Planeten (die Gasriesen), die viel weniger dicht sind, aber keine, die dichter sind.

Höhere Dichte hat Probleme, weil es bedeutet, dass der Planet eine bizarre Zusammensetzung haben wird. Bizarr in dem Sinne, dass es aus unwahrscheinlichen Verhältnissen von Elementen zusammengesetzt sein wird. Solide Osmiumplaneten, in der Tat! Nicht unmöglich, aber ihre Existenzwahrscheinlichkeit ist fast lächerlich. OK, sagen wir mal einer von 10^22 möglichen Planeten. Seien wir ehrlich, Osmium ist selten. Eine höhere Ordnungszahl, was bedeutet, dass Nukleosynthese und Supernovae nicht so viel aus dem Zeug machen. Außerdem wäre die Geochemie eines Osmiumplaneten Stoff für Alpträume.

Diamantplaneten sind praktikabler, weil Kohlenstoff ein gemeinsames Element ist. Die Frage ist, welcher und wie der Druck angewendet wird, um die Masse eines ganzen Kohlenstoffplaneten zu komprimieren? Während es Studien gibt, die darauf hindeuten, dass sich im Zentrum von Gasriesenplaneten gigantische Diamanten bilden, können Sie sich vorstellen, dass die äußeren Schichten der Gasriesen verdampft sind. Sagen Sie, wann sein Hauptstern zum Roten Riesen wurde. Seien Sie gewarnt, dass Diamant dazu neigt, sich explosionsartig zu dekomprimieren. Interessanterweise explodiert ein ganzer Planet in einer einzigen großen Explosion. Diamantplaneten sind nicht ewig. Weltraumreisende James Bonds aufgepasst.

Stephen Doles Habitable Planets for Man (2. Auflage, 1970) schätzte, dass der kleinste bewohnbare Planet in Erdeinheiten eine Masse von 0,40, einen Radius von 0,78 oder 3090 Meilen und eine Oberflächengravitation von 0,68 haben würde. Dabei wird von einer erdähnlichen Materialdichte ausgegangen.

Dies liefert eine Grundlinie der Bewohnbarkeit. Wenn Sie die Oberflächengravitation als untere Grenze verwenden, wackeln Sie mit der Dichte und dem Radius des Planeten, um nach Herzenslust zu schrumpfen oder zu expandieren.

Was höhere Dichten betrifft, die exotische Planetenkompositionen erfordern, können Sie mich in dieser Hinsicht verlassen. Ich stimme dem Kommentar von Luis Hendriques zu. Wenn Sie Planeten mit höherer Dichte wollen, versuchen Sie nicht, es zu erklären. Wir können alle so tun als ob und es dabei belassen.

Einige sehr dichte Metalle, aus denen Ihr Planet möglicherweise bestehen könnte,

Platin - Dichte 21.4

Iridium - Dichte 22.4

Osmium - Dichte 22.6

Diese Metalle haben eine sehr hohe Dichte, alle über >20, sind aber nicht sehr verbreitet, außerdem braucht der Planet ein Magnetfeld, um den Sonnenwind abzulenken. Merkur ist genauso alt wie Mars und Venus, besitzt aber im Gegensatz zu Mars und Venus ein Magnetfeld. Der Planet Merkur hat eine Dichte von etwa 5,4 und hat seit Milliarden von Jahren ein Magnetfeld aufrechterhalten, ist aber nicht mehr tektonisch aktiv. Dieser geschaffene Planet wird keine Plattentektonik haben, es sei denn, er ist der Mond eines großen Gasriesen.

Ein Beispiel für einen reinen Iridiumplaneten

Masse - 0,065 Erde, Schwerkraft 1 G, Radius 3160 km, Dichte 22,4

Jetzt scheint es äußerst unwahrscheinlich, dass es ALLES Iridium sein kann, da der Mantel teilweise aus Silikatmaterialien bestehen muss. Nun wollen wir sehen, dass wir etwas Eisen und Nickel für ein Magnetfeld brauchen, vielleicht auch einen massiven Kern aus Eisen und Nickel mit einem äußeren Kern aus Osmium und Iridium, gemischt in Sone Platin.

Jetzt für den gemischten Planeten aus Eisen, Nickel, Iridium, Osmium und Platin + einem dünnen Silikatmantel, den wir bekommen

Masse - 0,11 Erde, Schwerkraft 1 G, Radius 4240 km, 0,33 Erdradius, mit einer Dichte von 16,5. Nun scheint sogar dies etwas unwahrscheinlich, aber immer noch möglich

Ein Planet mit einem Magnetfeld braucht einen Eisen-Nickel-Kern. Die Eisendichte beträgt 7,87; Die Dichte von Nickel ist mit 8,91 nur geringfügig höher. Ihre beste Vermutung wäre also, einen Planeten mit einem gigantischen Eisen-Nickel-Kern und einem hohen Prozentsatz an Nickel in diesem Kern zu haben (ist das möglich?). Nehmen wir an, das ganze Hobel hat eine Dichte wie Eisen: 7,87. Mit dieser Dichte könnte es einen Radius von 4.000 km haben - ungefähr 2/3 der Erde, mit einer Oberfläche von 4/9 und einem Volumen von 8/27 mit einer Oberflächengravitation von 0,9 g. Ich bin mir jedoch nicht sicher, ob die Oberflächentemperatur aufgrund der engen Kruste und des Mantels lebenswert wäre.

Das Obige wäre ein Versuch, die Frage zu beantworten - der kleinste möglicherweise bewohnbare Planet. Für Ihren Vorschlag von "einem Planeten mit dem halben Volumen der Erde" wäre sein Radius 6.378 km (Erdradius) x 0,79370052598 (Kubikwurzel von 1/2) = 5.062 km. Es würde eine viel geringere Dichteerhöhung erfordern: Bei einer Dichte von 6,9 hätte es eine Oberflächengravitation von 1 g. Es würde einen größeren Eisen-Nickel-Kern brauchen, aber nicht unglaublich größer. Und selbst mit der genauen Dichte der Erde hätte sie eine Oberflächengravitation von 0,8 g, die vielleicht lange genug eine Sauerstoff-Stickstoff-Atmosphäre halten würde, damit sich Leben entwickeln kann.

Natürlich sind das "hard-science" Antworten. Sie könnten einen kleineren Planeten mit pseudowissenschaftlichen Erklärungen haben; Ich habe einige in einem Kommentar zur Antwort von Cursed1701 vorgeschlagen, und hier ist eine weitere, die vielleicht plausibler oder zumindest wissenschaftlicher klingt als diese: G - die universelle Gravitationskonstante - ist in der Tat nicht konstant, geschweige denn universell. und im Falle eures Planeten ist es höher als auf der Erde.

Hier ist ein netter Gravitationsrechner für astronomische Körper basierend auf Radius und Dichte . Viel Spass damit!

Nun, um es dichter zu machen, bräuchte man einen Mantel aus einem dichteren Material, sagen wir Osmium

Eisen hat eine Dichte von 7,87 Tonnen pro Kubikmeter und Osmium hat eine Dichte von 22,5 Tonnen pro Kubikmeter , was dazu beitragen würde, Ihren Planeten kleiner zu halten, wenn er die gleiche Masse wie die Erde hätte.

aber ich habe keine Ahnung, was das mit der Tektonik machen würde und ob sie sich bilden könnte, und man braucht Tektonik, um Ozeane und Berge und viele verschiedene Biome zu haben.

Ich bin mit einigen Informationen in einigen der vorherigen Antworten nicht einverstanden. Vor allem diese beiden:

„Wir kennen eine Reihe von Planeten (die Gasriesen), die viel weniger dicht sind, aber keine, die dichter sind.“

und

„Ein Planet mit einem Magnetfeld braucht einen Eisen-Nickel-Kern.“

KELT-1b ist schätzungsweise 4- bis 5-mal dichter (23,7 g/cm³) als die Erde (5,51 g/cm³)

und

Jupiter hat ein MASSIVES Magnetfeld und die am häufigsten akzeptierte Erklärung ist auf metallischen Wasserstoff, nicht Nickel/Eisen, in Jupiters Kern zurückzuführen.

Jemand in den Kommentaren erwähnte auch, dass natürliche Prozesse keine dichteren Materialien erzeugen könnten, und ein anderer Kommentar erwähnte, dass die Verdichtung aufgrund der Schwerkraft rückgängig gemacht würde, sobald genug Masse entfernt wurde, um die Schwerkraft zu verringern, aber ich sehe keine Beweise dafür, dass eines der Dinge zutrifft . Die Fusion in Sternen kann Metalle bis zur Dichte von Eisen erzeugen, aber die Erde hat bereits viel dichteres Material als das, das von der Erde selbst oder auf einem anderen Planeten geschaffen und später durch Kollision hierher gebracht wurde. Ich bin mir ziemlich sicher, dass Gold oder Osmium sich nicht gut auflösen, wenn sie aus der Schwerkraft der Erde entfernt werden, also könnte es sehr gut andere Materialien geben, die noch dichter sind und ganz oder teilweise in anderen kosmischen Planetenkörpern entstehen, die stabil bleiben würden nachdem sie von der Schwerkraft / dem Druck getrennt wurden, wo sie ursprünglich entstanden sind.

Trotzdem kann ich keine direkte Zahl oder Berechnung für die Mindestgröße (Radius / Umfang / usw.) angeben, obwohl ich vermute, dass die Berechnungen in der vom OP ausgewählten Antwort "nah genug" sind.

Also, hier sind meine zwei Cent zu diesem Thema: Unter der Annahme einiger unwahrscheinlicher, wenn auch sicherlich möglicher (zumindest nach derzeitigem wissenschaftlichem Verständnis) Vorkommnisse, würde ich die Möglichkeit eines Planeten akzeptieren, der leicht aus Material besteht, das eine mindestens 3-fache Dichte bieten würde der der Erde, während er gleichzeitig einen Radius hat, der klein genug ist, um ihm eine erdnahe Schwerkraft zu verleihen (fügen Sie diese Zahlen oder etwas Ähnliches in die Berechnungen der akzeptierten Antwort und Viola ein), während die Atmosphäre erhalten bleibt und Magnetosphäre und andere Notwendigkeiten des humanoiden Lebens. Dann, angesichts der schieren Anzahl von Galaxien, die wir entdeckt haben, und der schieren Anzahl von Sternen darin, und der schieren Anzahl von Planeten, die diese Sterne umkreisen (und einige nicht umkreisen), und der Gesetze der Wahrscheinlichkeit, diese "unwahrscheinlichen Ereignisse". '

Zum Beispiel hätte ein Planet mit halbem Volumen, aber doppelter Masse die gleiche Anziehungskraft (korrigieren Sie mich hier, wenn ich falsch liege).

Du liegst falsch. :) (Hey, du hast uns gebeten, es dir zu sagen!)

Um dies zu erweitern, einige Formeln.

Dichte

Volumen einer Kugel

Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft

r : der Radius des Planeten.
G : die universelle Gravitationskonstante,$6.67 * 10^-11 \frac{Nm^2}{kg^2}$.
m : die Masse des Planeten.
g : die Erdbeschleunigung.
V : das Volumen des Planeten.
$\rho$: Dichte.

Mit diesen Formeln können Sie bestimmen, dass die Hälfte des Volumens und die doppelte Masse etwa 25 % mehr Schwerkraft bedeuten würden. Die Beziehung, die Sie wollen, ist, dass Masse und das Quadrat des Radius sich gegenseitig ausgleichen.

Wenn Sie die Masse verdoppeln würden, um die Erdbeschleunigung konstant zu halten, müssten Sie nehmen$\sqrt{2}$des Radius. Also etwa 141% des Radius.

Einfacher gesagt, wenn Sie den Radius halbieren, brauchen Sie nur ein Viertel der Masse. Das ist ein Achtel des Volumens oder die doppelte Dichte.