Kann ein Gasriese seine eigene bewohnbare Zone haben?

Es ist möglich, aber die durch den Kelvin-Hemlholz-Mechanismus erzeugte Wärme ist möglicherweise zu variabel für komplexes Leben, um sich allein als Ergebnis dieser Wärmequelle zu entwickeln. Dieses Papier legt nahe, dass die Temperatur von Jupiter, als er zum ersten Mal eine anfängliche Kontraktionsphase beendete, mit etwa 25000 K ziemlich hoch war. Bei dieser Temperatur würde es eine kleine bewohnbare Zone um sich herum haben, aber dann begann es abzukühlen, als es diese anfängliche Wärme in den Weltraum abstrahlte. Es zieht sich weiter zusammen, jedoch langsamer, was zu einer geringeren Wärmeerzeugung führt.

Es ist jedoch möglich, dass Sie eine bewohnbare Zone basierend auf dem Grad der Gezeitenerwärmung definieren, die die Monde erfahren, anstatt basierend auf der vom Primärplaneten abgestrahlten Wärme. Die abgegebene Wärme kann durch die Gleichung berechnet werden$q = 36\rho n^5r^4e^2/38\mu Q$, wo$r$ist der Bahnradius,$e$ist Exzentrizität,$n$ist mittlere Orbitalbewegung,$\rho$ist Dichte,$\mu$Schermodul ist, und$Q$ist eine dimensionslose Konstante.

Dadurch erhalten Sie keine bewohnbare Zone, die nur auf der Entfernung zum Primärplaneten basiert, sondern eine, die stark von der Entfernung beeinflusst wird. Zu nah an der Primärseite und die Planeten werden wie Io enden, zu weit weg und sie werden einfrieren.

Beachten Sie, dass Sie bei Monden, die intern statt extern erhitzt werden, am Ende einige Umgebungen haben werden, die sich stark von der Erde unterscheiden, aber dennoch bewohnbar sind. Europa zum Beispiel mag bewohnbar sein, aber Leben wird in lichtlosen Ozeanen unter kilometerlangem Eis existieren.

Wirklich tolle Antwort von ckersch. Ich möchte etwas Mathematik hinzufügen, um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie groß diese Art von bewohnbarer Zone wäre. Formeln sind von hier und hier , wenn Sie sie weiter untersuchen möchten, obwohl ich versuchen werde, sie hier zu erklären.

Wir können annehmen, dass die Energiequelle Gravitationspotentialenergie ist, definiert als

$$U_g = -G \frac{M_p m_s}{r}$$ wo $U_g$ist potentielle Energie, $G$ist die Gravitationskonstante, $m_1$ist die Masse des Objekts eins, $m_2$ist die Masse von Objekt zwei in einer bestimmten Entfernung, und $r$ist diese Entfernung. Wir behandeln diese Massen als Granaten, die von der Mitte nach außen gehen.

Der Körper hat einen Gesamtradius von$R$, und eine Dichte$\rho$. Die Masse innerhalb eines beliebigen Radius$r_{\text{arbitrary}}$ist eine Funktion dieses Radius, bezeichnet als$m(r_{\text{arbitrary}})$. Jede Schale hat eine Oberfläche von$4 \pi r^2$, was einfach die Formel für die Oberfläche einer Kugel ist - diese Schalen sind im Wesentlichen Hohlkugeln. Um die gesamte Gravitationspotentialenergie zu finden, müssen wir über den gesamten Radius des Körpers integrieren:

$$\Sigma U_g=-G\int_0^R \frac{m(r_{\text{arbitrary}})4 \pi r^2 \rho}{r}dr$$ Die im Radius enthaltene Masse $r_{\text{arbitrary}}$lässt sich auf das Produkt aus Dichte und Volumen reduzieren ( $m=v \cdot \rho$). Das Volumen kann jedoch glücklicherweise in Bezug auf den Radius als ausgedrückt werden $V=\frac{4}{3} \pi r^3$, also haben wir $$m=\frac{4}{3} \pi r^3 \rho$$ und dann $$\Sigma U_g=-G\int_0^R \frac{\frac{4}{3} \pi r^3 \rho 4 \pi r^2 \rho}{r}dr$$ Dies wird $$\Sigma U_g=-G \left(\frac{16}{3} \pi ^2 \rho ^2 \right)\int_0^R r^4 dr$$ Integrieren, bekommen wir $$\Sigma U_g= \left(-G\frac{16}{3} \pi ^2 \rho ^2 \right) \left[\frac{r^5}{5} \right]_0^R$$ $$\Sigma U_g= \left(-G\frac{16}{3} \pi ^2 \rho ^2 \right) \left[\frac{R^5}{5} - \frac{0^5}{5} \right]$$ und schlussendlich $$\Sigma U_g=-\frac{16}{15}G \pi ^2 \rho ^2 R^5$$ Wir gehen zurück zu unserer Definition von Masse als Funktion von Volumen und Dichte und finden $$\Sigma U_g=-\frac{3M^2G}{5R}$$ Allerdings wird die Hälfte der verfügbaren Energie in kinetische Energie umgewandelt, also teilen wir das durch zwei, um das zu finden $$\Sigma U_g=-\frac{3M^2G}{10R}$$ Wenn wir die Zeit finden $t$über die die Energie ausgestrahlt wird, haben wir unsere Macht $P$. Die Intensität über einen bestimmten Oberflächenbereich ist $$I=\frac{P}{4 \pi r^2}$$ also haben wir $$I=\frac{3M^2G}{4 \pi r^2 10R t}$$ Nehmen wir an, Sie haben Zeit $t$wie lange der Körper die Energie abgeben soll. Wähle die Masse $M$und Radius $R$des Körpers, und nehmen Sie die Intensität $I$von einer Umlaufbahn des Planeten um einen Stern in der bewohnbaren Zone des Sterns - mit anderen Worten, nehmen Sie die Sonnenintensität von einem Punkt in der Erdumlaufbahn. Sie können nach lösen $r$Um herauszufinden, wie groß diese Entfernung wäre: $$r=\sqrt{\frac{3M^2G}{4 \pi I 10R t}}$$ Sie können dann raten und überprüfen, um die inneren und äußeren Grenzen der bewohnbaren Zone herauszufinden. Ich habe im Moment keine Zeit dafür, aber vielleicht kann ich das später tun. Für den Moment ermutige ich Sie, ein wenig mit den Gleichungen herumzuspielen und zu sehen, auf welche Art von Setup Sie kommen können.

In Cosmos schrieb Carl Sagan über die Möglichkeit von Leben auf Jupiter und stellte sich ihn als riesige, schwebende Organismen vor, die „Floater“ genannt werden und sich von kleinerem „Himmelsplankton“ ernähren, das er „Senker“ nannte. Und wie ein Forschungsbericht aus dem Jahr 2016 argumentiert , war die Idee nicht völlig verrückt, obwohl die kleineren Organismen viel wahrscheinlicher zu existieren scheinen.

Sagan schrieb auch darüber, wie sogar die obere Atmosphäre der Venus bewohnbar sein könnte. Über den Wolken aus Schwefelsäure, wo Temperatur und Druck denen auf der Erdoberfläche nahekommen, könnten Menschen in schwimmenden Städten wie Cloud City auf Bespin aus Star Wars leben.

Denken Sie nur daran, dass Gasriesen und Braune Zwerge extrem turbulent sind, mit Überschallwinden und massiven Mahlströmen, die links und rechts in jedem Breitengrad auftauchen, sogar an den Polen (siehe Saturns riesiger sechseckiger Sturm und die jüngsten Fotos von blauen Wirbelstürmen an Jupiters Polen). . Ich bin kein Experte, aber eine menschliche Kolonisierung scheint unmöglich. Einheimische Lebensformen scheinen möglich, aber unwahrscheinlich. Es hängt jedoch alles davon ab, wie viel Sie mit den Händen winken möchten.

Gezeiteneffekte zwischen einem Gasriesen und seinen Monden können die Monde unterschiedlich stark aufheizen. Dies wiederum verursacht Vulkane auf den Monden, wenn sie stark genug sind. Io, ein Jupitermond, ist so überhitzt und hat so viele Vulkane, dass er selbst mit einer Sauerstoff-Stickstoff-Atmosphäre unbewohnbar wäre.

Es gibt also einen Mindestabstand, den ein Mond von seinem Gasriesen haben muss, um zu viel Vulkanismus zu vermeiden. Geringere Mengen an Vulkanismus könnten genug Wärme beitragen, um die unzureichende Sonneneinstrahlung auf einem erdgroßen Mond auszugleichen. Und wenn ein Mond zu weit von seinem Gasriesenplaneten umkreist, hat er eine instabile Umlaufbahn.

Ein erdähnlicher Mond eines Gasriesenplaneten ist wahrscheinlich durch Gezeiten mit dem Planeten verbunden, so dass er sich bei jeder Umlaufbahn des Planeten einmal dreht, wobei eine Seite immer dem Planeten zugewandt bleibt. Somit entspricht der Tag des Mondes seiner monatlichen Umlaufbahn um die Sonne. Um bewohnbar zu sein, sollte der Mond eine relativ kurze Tageslänge haben, um große Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht zu vermeiden. Je schneller sich der Mond dreht, desto wahrscheinlicher ist es, dass ein starkes Magnetfeld vorhanden ist, um die Strahlung geladener Teilchen abzulenken.

Wie schnell sich ein gezeitenfester Mond dreht, hängt davon ab, wie lange er braucht, um seinen Planeten zu umkreisen, was von der Masse des Planeten und der Entfernung seiner Umlaufbahn abhängt.

Die Bewohnbarkeit eines erdgroßen Mondes eines Gasriesenplaneten würde hauptsächlich davon abhängen, wie weit der Planet und der Mond von ihrem Stern umkreisen und wie stark der Stern den Mond erwärmt. Es würde aber auch davon abhängen, wie nahe der Mond den Gasriesenplaneten umkreist. Eine zu nahe oder zu weit entfernte Umlaufbahn um den Planeten würde den Mond unbewohnbar machen. Gasriesenplaneten haben also bewohnbare Zonen für ihre Monde, die von verschiedenen Faktoren abhängen, einschließlich, aber nicht beschränkt darauf, wie viel Wärme sie ausstrahlen.

Vielleicht finden Sie Artikel, die ich in meinen Antworten über bewohnbare Monde erwähne, interessant.

Machen Sie eine langsame Umlaufbahn um einen großen Gasriesen 1

Eingefangene erdähnliche Monde um Gas Giants 2

Hier ist ein Link zu einem Artikel über die Bewohnbarkeit von Exomonden:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3549631/ 3