Wie würde ein erdähnlicher Planet mit einem bewohnbaren Mond funktionieren und wie kommt man dorthin?

Bei einem Planeten mit dem 3,5-fachen Erdvolumen und der 3,5-fachen Masse beträgt die Oberflächengravitation 1,52 g.

Ich habe zuvor die Gleichung für die Oberflächengravitation besprochen. Beachten Sie für Ihre eigene Berechnung, dass das 3,5-fache des Volumens ungefähr dem 1,52-fachen Radius entspricht. Wenn Sie also mit Volumen arbeiten möchten, können Sie den Radiusterm mit der Kubikwurzel des gewünschten Volumenskalars multiplizieren.

Grundgleichung der Oberflächengravitation:

Für einen Planeten mit 3,5-facher Masse und 3,5-fachem Volumen :

Bewohnbarkeit des Mondes

Wie Sie bereits verlinkt haben, wird die Bewohnbarkeit des Mondes in anderen Fragen behandelt . Auch die Antwort von Jim2B beschreibt einige grundlegende Eigenschaften.

Von Ihrem massiven Planeten zum bewohnbaren Mond zu gelangen -

Um dorthin zu gelangen, können sie chemische Raketen benutzen, genau wie wir.

Ich nehme an, Sie möchten wissen, ob die höhere Schwerkraft des Heimatplaneten einen Start von ihm abhalten wird. Es gibt eine etwas verwandte Frage zur Physics SE . Es bezieht sich zumindest auf das, was ich für den Kern Ihrer Frage halte. Von der Oberfläche eines Planeten mit der 1,52- bis 1,76-fachen Schwerkraft der Erde in den Weltraum zu gelangen, ist nicht unmöglich, aber schwieriger. Sie werden sehr effiziente Raketen brauchen, um die Raketengleichung zu überwinden . Oder, wie Jim2B noch einmal betonte , eine Alternative zum Raketenantrieb.

Was ist die Mindestgröße für einen bewohnbaren Körper (Mond)?
Lassen Sie mich folgende Annahmen treffen:

1. Temperatur ~ Erde
2. Monddichte ~ Erde
3. Um bewohnbar zu sein, muss der Satellit Wasser als atmosphärisches Gas enthalten
4. Der primäre atmosphärische Verlustmechanismus ist Jean's Escape (dies erfordert ein mäßig starkes Magnetfeld).

Basierend auf diesen Annahmen muss der Satellit eine Masse von etwa 3x Mars ~ 33% der Masse der Erde ~ 10% der Masse Ihres Planeten haben UND immer noch mindestens einen teilweise flüssigen Eisenkern haben.

Die Dichte- und Magnetfeldannahmen verstärken sich gegenseitig, da der Satellit wahrscheinlich einen übergroßen Eisenkern hat, der die Dichte und die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass ein Teil dieses Kerns flüssig bleibt.

Sie möchten wahrscheinlich eine größere Trennung zwischen Planet und Mond als zwischen Erde und Mond, oder Sie erhalten riesige Gezeiten und Gezeitensperren, die die Stärke des Magnetfelds verringern würden.

Ich werde mathematische Details später liefern, wenn es die Zeit erlaubt.

Wie schwer wäre es, Raketen von diesem Planeten zu starten?
Die Raketentechnik, die erforderlich ist, um Ihrem Planeten zu entkommen, wäre teuflisch schwierig. Ich betrachte die Erde als grenzwertig für die Alltagstauglichkeit der chemischen Raketentechnik. Wir können es tun, aber es ist so schwierig/teuer, dass wir es nur für sehr wertvolle/seltene Missionen reservieren.

Chemische Raketen könnten auch in Ihrem Fall verwendet werden, es erhöht nur die Schwierigkeit und verringert die Nutzlast noch mehr.

Welche Art von Weltraumstart könnten Sie verwenden, um vom Planeten zu starten?
Sie sollten etwas wie Nuclear Pulse Propulsion mit hohem Impuls und Schub oder möglicherweise eine der Nicht-Raketentechniken des Weltraumstarts wie Light Gas Gun oder Ram Accelerator verwenden, die Sie nicht zwingen, Ihren Treibstoff mit sich zu schleppen.

Die Bedingungen könnten zwischen den beiden Körpern sehr unterschiedlich sein, und das Leben ebenfalls sehr unterschiedlich. Zu einem frühen Zeitpunkt nach der Entstehung war der Nebenkörper eher erdähnlich, ähnlich wie bei unserem eigenen Mars . Die beiden Körper tauschen Material aus , also begann das Leben auf beiden. Aber als sich der Mond veränderte, entwickelte sich das frühe Leben, um mit sehr unterschiedlichen Bedingungen fertig zu werden. Nachdem mit dem gleichen Abiogenese -Stamm begonnen wurde, ging das Leben auf den beiden Körpern getrennte Wege, lange bevor Photosynthese und Endosymbiose auf dem erdähnlichen Körper auftraten, und die Zellen auf dem (erwärmten) marsähnlichen Mond unterschiedliche Wege einschlugen, als er sein Oberflächenwasser verlor und Atmosphäre.

Ich stelle mir vor, dass anstelle von grünen Blättern Betten aus schwarzem Schleim Maria füllen , die Energie chemisch aus starker Strahlung gewinnen, in den oberen Schichten von zelllosem Protoplasma , das sich umdreht, um die aktivierten Chemikalien zu den „lebenden“ Teilen darunter zu zirkulieren.

Komplexeres Leben umfasst Algen (Riesenzellen) und eine massive Endosymbiose statt nur Eukaryoten . Halbautonome Organellen teilen sich eine geschlossene Tasche und können funktionelle Teile austauschen, darunter verschiedene gezähmte Prokaryoten (wie Mitochondrien), die unterschiedliche Tricks für die Verarbeitung verschiedener Mineralien und anderer Ressourcen gefunden haben. Diese ernähren sich von der oben liegenden Schmiere und fädeln sich durch das Gestein der Krustenabbaumaterialien und Wasser, um das Ökosystem zu bilden.

So stellen die „konventionellen“ Außerirdischen des Hauptkörpers bei ihrer Ankunft auf ihrem Mond fest, dass die Felsen lebendig sind, und finden schnell Wege, sie zu essen.

Als Kind habe ich mich gefragt, warum Superman auf der Erde keinen Raumanzug tragen musste, da eine Erklärung für seine Superkraft die viel geringere Schwerkraft auf der Erde war und Menschen trotz des Schwerkraftunterschieds Raumanzüge tragen müssten, um auf dem Mond zu überleben nicht genug, um sie so stark wie Superman zu machen.

Und ich war ziemlich skeptisch gegenüber Science-Fiction-Geschichten, in denen der Mond eine atembare Atmosphäre hatte.

Als ich 12 war, las ich „Er, der schrumpfte“ ( August 1936) von Henry Hasse“ und hatte Zweifel an der Nebenhandlung , in der es um eine Spezies ging, die von ihrem Heimatplaneten zu seinem Mond wanderte. Ich war sehr skeptisch gegenüber dem Planeten und der Mond ist von Natur aus bewohnbar für eine einzige Art. „He Who Shrank“ ist ansonsten eine denkwürdige Geschichte – ich hatte kürzlich einen Traum mit einer Variation ihrer Handlung .

In der Next-Generation- Folge "The Host" vom 13. Mai 1991 :

LEKA: Die Menschen auf unseren Monden sind zerstritten, seit sie vor fünf Jahrhunderten von unserem Planeten abgewandert sind. Für uns auf dem Planeten sind sie wie zwei zankende Kinder. Wir versuchen, ihre Argumente beizulegen, indem wir nicht Partei ergreifen, aber diesmal sind wir ratlos.

Fünfundfünfzig Jahre später machten sich Schriftsteller also immer noch keine Sorgen darüber, dass kluge Kinder sie auslachten, weil sie behaupteten, dass eine Spezies, die von einem Planeten stammt, auf natürlich bewohnbaren Monden dieses Planeten überleben könnte. Siehe auch die für Bajoraner bewohnbaren Monde von Bajor in Deep Space Nine .

Natürlich war die Idee, Planeten und Monde durch Terraforming bewohnbar zu machen, bereits bekannt. Siehe Project Genesis in Wrath of Khan und „Home Soil“. Vielleicht nahmen die Autoren von „The Host“ also an, dass die Leute von Peliar Zel ihre Monde terraformen mussten, bevor sie sie besiedelten.

Daher schlage ich vor, dass Sie möglicherweise auf ein Problem in der Nomenklatur stoßen. Den größeren Körper einen Planeten und den kleineren Körper einen Mond zu nennen, könnte einige Leser glauben machen, dass es unmöglich sein sollte, dass beide Welten für die Eingeborenen der größeren Welt natürlich bewohnbar sind – oder für Menschen, wenn Menschen an der Geschichte beteiligt sind.

Eine Alternative besteht darin, die beiden Welten als einen Doppelplaneten anstelle von Planet und Mond zu beschreiben. Aber natürlich keine Zwillingsplaneten.

Die Erde und der Mond wurden manchmal als Doppelplaneten beschrieben, und nachdem Charon entdeckt wurde, wurden Pluto und Charon oft als Doppelplanet anstelle eines Planeten und seines Mondes beschrieben. Sie könnten also gut daran tun, einige Ihrer Charaktere diskutieren oder streiten zu lassen, ob die kleinere Welt ein Mond oder der kleinere Teil eines Doppelplaneten ist.

Und vielleicht ein ironisches Gegenstück zu der Art und Weise, wie in unserem Sonnensystem die ersten entdeckten Asteroiden und später Pluto als Planeten betrachtet und dann in ihrem Status herabgestuft wurden.

Eine andere Methode wäre, die Entdecker des Planeten darüber sprechen zu lassen, wie ihre Leute über die Möglichkeit von Leben auf ihrem Mond und die Wahrscheinlichkeit, dass er für sie bewohnbar sein könnte, geträumt, gestritten und studiert haben. Weisen Sie darauf hin, dass für die Menschen dieser Welt ein Traum, der für Erdenmenschen vor über einem Jahrhundert gestorben ist, Wirklichkeit geworden ist, und wie wunderbar das für sie ist. Machen Sie es zum Teil zu einer Wunscherfüllungsgeschichte für uns Erdlinge.

Eine dritte Methode – und ich denke, Sie sollten alle drei anwenden – besteht darin, Ihre Arbeit zu zeigen. Oder, in Anbetracht Ihrer Frage, die Arbeit von wem auch immer Sie die Berechnungen für Sie durchführen.

Lassen Sie Berechnungen durchführen, um zu zeigen, dass sich die kleinste und die größte bewohnbare Welt in ihrer Größe so unterscheiden können, dass sie als Planet und sein Mond oder alternativ als Schwesterwelten (aber nicht als Zwillingswelten) in einem Doppelplaneten beschrieben werden können.

Ich fand eine Diskussion über die Bewohnbarkeit von Exomonden, natürlichen Satelliten von extrasolaren Planeten :

Eine Mindestmasse eines Exomonds ist erforderlich, um eine magnetische Abschirmung auf einer Milliarden-Jahres-Zeitskala anzutreiben (Ms≳0,1M⊕; Tachinami et al., 2011); um eine substanzielle, langlebige Atmosphäre aufrechtzuerhalten (Ms≳0,12M⊕; Williams et al., 1997; Kaltenegger, 2000); und um die tektonische Aktivität anzutreiben (Ms≳0,23M⊕; Williams et al., 1997), die notwendig ist, um die Plattentektonik aufrechtzuerhalten und den Kohlenstoff-Silikat-Kreislauf zu unterstützen. Schwache interne Dynamos wurden in Merkur und Ganymed entdeckt (Gurnett et al., 1996; Kivelson et al., 1996), was darauf hindeutet, dass Satellitenmassen > 0,25 M⊕ für Überlegungen zur Bewohnbarkeit des Exomonds angemessen sein werden. Diese untere Grenze ist jedoch keine feste Zahl. Weitere Energiequellen – wie radiogene und Gezeitenheizung sowie die Auswirkung der Zusammensetzung und Struktur eines Mondes – können die Grenze in beide Richtungen verändern. Eine obere Massengrenze ist durch die Tatsache gegeben, dass zunehmende Masse zu hohen Drücken im Inneren des Planeten führt, was die Mantelviskosität erhöht und die Wärmeübertragung im gesamten Mantel sowie im Kern verringert. Oberhalb einer kritischen Masse wird der Dynamo stark unterdrückt und wird zu schwach, um ein Magnetfeld zu erzeugen oder Plattentektonik aufrechtzuerhalten. Diese maximale Masse kann bei etwa 2M⊕ liegen (Gaidos et al., 2010; Noack und Breuer, 2011; Stamenković et al., 2011). Wenn wir diese Bedingungen zusammenfassen, erwarten wir, dass ungefähr Monde mit Erdmasse bewohnbar sind, und diese Objekte könnten mit dem neu gestarteten Projekt Hunt for Exomoons with Kepler (HEK) (Kipping et al., 2012) nachweisbar sein. was die Mantelviskosität erhöht und die Wärmeübertragung im gesamten Mantel sowie im Kern verringert. Oberhalb einer kritischen Masse wird der Dynamo stark unterdrückt und wird zu schwach, um ein Magnetfeld zu erzeugen oder Plattentektonik aufrechtzuerhalten. Diese maximale Masse kann bei etwa 2M⊕ liegen (Gaidos et al., 2010; Noack und Breuer, 2011; Stamenković et al., 2011). Wenn wir diese Bedingungen zusammenfassen, erwarten wir, dass ungefähr Monde mit Erdmasse bewohnbar sind, und diese Objekte könnten mit dem neu gestarteten Projekt Hunt for Exomoons with Kepler (HEK) (Kipping et al., 2012) nachweisbar sein. was die Mantelviskosität erhöht und die Wärmeübertragung im gesamten Mantel sowie im Kern verringert. Oberhalb einer kritischen Masse wird der Dynamo stark unterdrückt und wird zu schwach, um ein Magnetfeld zu erzeugen oder Plattentektonik aufrechtzuerhalten. Diese maximale Masse kann bei etwa 2M⊕ liegen (Gaidos et al., 2010; Noack und Breuer, 2011; Stamenković et al., 2011). Wenn wir diese Bedingungen zusammenfassen, erwarten wir, dass ungefähr Monde mit Erdmasse bewohnbar sind, und diese Objekte könnten mit dem neu gestarteten Projekt Hunt for Exomoons with Kepler (HEK) (Kipping et al., 2012) nachweisbar sein.

Dies zeigt eine Mindestmasse für die kleinere Welt von mindestens 0,25 Erdmassen und eine maximale Masse für die größere Welt von nicht mehr als 2,0 Erdmassen an, was darauf hinweist, dass der Massenunterschied fast das 8-fache der Masse der kleineren Welt betragen kann.

Da die Schwesterplaneten – oder Planet und Mond – mit ziemlicher Sicherheit gezeitengebunden wären, drehen sich beide mit der gleichen Periode wie ihre Umlaufbahn um ihren Massenmittelpunkt. Die Tage beider werden gleich ihrem Monat sein.

Aber je schneller sich eine Welt dreht, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie ein starkes Magnetfeld erzeugt, das die äußere Atmosphäre vor geladenen Teilchen schützt. Die Umlaufbahnen der beiden Welten müssen also so gestaltet werden, dass sie kurz genug Monate und damit schnell genug rotieren.

Einige Studien deuten darauf hin, dass selbst eine extrem langsame Rotation eine erhebliche magnetische Abschirmung ermöglichen würde, vorausgesetzt, die Konvektion im Mantel des Planeten oder des Mondes ist stark genug (Olson und Christensen, 2006). In diesem Fall wäre die Gezeitensperre kein Problem für die magnetische Abschirmung.

(von https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3549631/ )

Wenn dies richtig ist, kann dies die Notwendigkeit, die Umlaufbahnen so kurz wie möglich zu machen, erheblich verringern.

Beachten Sie, dass der Artikel die Bewohnbarkeit von Exomonden diskutiert, die Gasriesen-Exoplaneten in den bewohnbaren Zonen ihrer Sterne umkreisen (die "heißen Jupiter" umkreisen), anstatt von Exomonden, die erdähnliche Planeten umkreisen, was einige der Berechnungen ein wenig verändern könnte.

Sie müssen sowohl die Oberflächengravitation als auch die Fluchtgeschwindigkeit beider Welten berechnen. Es ist eine bekannte Tatsache, dass die langfristige Exposition gegenüber der Mikrogravitation oder Schwerelosigkeit der Erdumlaufbahn gesundheitliche Probleme für menschliche Astronauten verursacht. Es ist nicht bekannt, ob beispielsweise eine langfristige Exposition gegenüber der geringeren Schwerkraft des Mars die gleiche Wirkung auf die menschliche Gesundheit haben würde.

So können Sie wählen zwischen:

1. Ignorieren Sie die gesundheitlichen Auswirkungen der geringeren Schwerkraft auf Ihre Eingeborenen des Planeten.

2. Lassen Sie ihre Wissenschaftler Zentrifugen verwenden, die so eingestellt sind, dass sie die Schwerkraft ihres Mondes in ihrer umlaufenden Raumstation simulieren, und entdecken Sie, dass die Eingeborenen des Planeten keine negativen Auswirkungen erleiden, wenn sie ihr über einen längeren Zeitraum ausgesetzt sind.

3. Lassen Sie die Charaktere des Planeten nur kurze Aufenthalte auf ihrem Mond machen.

4. Lassen Sie das Raumschiff Zentrifugen enthalten, um die Schwerkraft ihres Planeten zu simulieren.

5. Lassen Sie die Charaktere andere Vorkehrungen gegen die langfristigen Auswirkungen der geringeren Schwerkraft treffen, ähnlich wie Erdastronauten es bei langen Aufenthalten auf Raumstationen tun.

6. Lassen Sie die Charaktere das Problem während eines langen Aufenthalts auf ihrem Mond entdecken und finden Sie heraus, dass sie sofort nach Hause zurückkehren müssen, vorzugsweise wenn es aus anderen Gründen am wenigsten möglich oder wünschenswert ist.

7. Haben der Planet und der Mond trotz der Unterschiede in ihrer Größe und Masse eine sehr ähnliche Oberflächengravitation, so ist es nicht sehr überraschend, dass die Eingeborenen des Planeten durch den geringfügigen Unterschied in der Oberflächengravitation nicht geschädigt werden.

Oder eine Kombination aus zwei oder mehr der oben genannten.

Wenn Sie zwei sehr unterschiedliche Welten dazu bringen, trotz sehr unterschiedlicher Massen und Durchmesser eine ähnliche Oberflächengravitation zu haben, müssen sie unterschiedliche Dichten haben, obwohl es sowohl obere als auch untere Dichtegrenzen für erdähnliche Welten gibt. Die kleinere Welt muss dichter und die größere Welt weniger dicht sein.

Beide Welten müssen ausreichend hohe Fluchtgeschwindigkeiten haben, um ihre Atmosphären für geologische Zeitspannen beizubehalten. Die Fluchtgeschwindigkeit der größeren Welt sollte so gering wie möglich sein, da die der Erde sicherlich hoch genug ist, um das Erreichen und Verlassen des Orbits sehr schwierig zu machen. Indem die größere Welt weniger dicht gemacht wird (innerhalb praktischer Grenzen), wird ihre Fluchtgeschwindigkeit so gering wie möglich gehalten.

Der Youtuber Artifexian hat einige gute Informationen zu diesem Thema, in denen er den Aufbau von Sternensystemen und Planeten anhand von Gleichungen untersucht (die ich derzeit zur einfacheren Verwendung in Tabellenkalkulationen zusammenstelle).

Laut den Videos von Artifexian ist die Masse, die Sie angegeben haben, großartig ( 3,5 Erdmassen ist die absolute Maximalgröße, die ich verwenden würde, um eine bewohnbare Welt zu schaffen), und Ihr Mond sollte kleiner als die Masse Ihres Planeten sein, aber größer als 0,25 Erdmassen . Dies kann Ihren Planeten und Mond in ein binäres Planetensystem verwandeln (wie Pluto und Charon), sodass Sie bei der Berechnung von Dingen wie der Umlaufbahn möglicherweise zuerst das Baricentre der beiden Körper finden müssen.