Wie bekommt man eine dichte Atmosphäre mit weniger als der erdähnlichen Schwerkraft?

Wie wäre es mit Titan ? Es hat 14% der Schwerkraft der Erde, aber das 1,45-fache des atmosphärischen Oberflächendrucks. Titan kann dies erreichen, weil seine Atmosphäre viel schwerer ist als die Erdatmosphäre. Obwohl Titan kein eigenes Magnetfeld hat, um seine Atmosphäre vor dem Sonnenwind zu schützen, wird er durch das relativ große Magnetfeld des Saturn geschützt.

Wenn Sie bereit sind, eine nicht atembare Atmosphäre zu haben und damit einverstanden sind, dass der Planet oder Mond durch ein Magnetfeld geschützt wird, können Sie eine atmosphärische Zusammensetzung trotz der geringen Schwerkraft leicht so einstellen, dass sie sehr dicht ist.

Es gibt ein xkcd , das diese Frage behandelt.

Um die Antwort von @Loren Pechtel zu erweitern, ist die Fluchtgeschwindigkeit wichtiger als die Oberflächengravitation (obwohl alle anderen gleich sind, hat ein Planet mit mehr Schwerkraft eine höhere Fluchtgeschwindigkeit, daher ist die Oberflächengravitation ein relevantes Problem). Angenommen, Sie haben einen Planeten, der ein Zehntel der Dichte der Erde, aber den zehnfachen Radius hat. Dann ist das Volumen 1000x und die Masse 100x. Die Oberflächengravitation beträgt das 100-fache der Masse, aber die 10-fache Entfernung, sodass die Oberflächengravitation gleich ist. Es wird jedoch die 10-fache Höhe benötigt, um die Schwerkraft auf der Erde um denselben Faktor zu verringern. Daher sollten wir erwarten, dass sich die Atmosphäre um das 10-fache der Höhe ausdehnt, was den Oberflächendruck und die Dichte erhöht.

Die Fähigkeit, die Atmosphäre zurückzuhalten, ist ausschließlich an die Fluchtgeschwindigkeit gebunden. Die Oberflächengravitation ist völlig irrelevant.

In der Praxis gibt es aufgrund des Materials, aus dem Planeten bestehen, eine Grenze dafür, wie tief die Oberflächengravitation sinken kann.

Um das Offensichtliche zu sagen, ein astronomischer Körper muss eine Atmosphäre erzeugen oder erwerben, um eine zu haben. Daher ist die Zusammensetzung einer Atmosphäre wahrscheinlich das Produkt aus der durchschnittlichen atmosphärischen Erfassungsrate pro Zeiteinheit multipliziert mit der Anzahl der Zeiteinheiten zwischen dem Beginn der Erfassung einer Atmosphäre und dem Ende der Erfassung einer Atmosphäre.

Abzüglich der durchschnittlichen atmosphärischen Verlustrate pro Zeiteinheit multipliziert mit der Anzahl der Zeiteinheiten zwischen dem Beginn des Atmosphärenverlusts und dem Ende des Atmosphärenverlusts. Zu jeder Zeit kann ein astronomischer Körper sowohl Atmosphäre gewinnen als auch verlieren, Atmosphäre gewinnen, aber nicht verlieren, Atmosphäre verlieren und keine gewinnen, oder Atmosphäre weder gewinnen noch verlieren.

Und natürlich können die Raten des atmosphärischen Gewinns und Verlusts enorm variieren.

Eine Möglichkeit für einen Planeten, Atmosphäre zu verlieren, besteht darin, dass sich schnell bewegende Moleküle, Atome und Ionen in den interplanetaren Raum entweichen. Moleküle, Atome und Ionen entweichen aus den äußeren Schichten einer Atmosphäre. Ich habe einmal gelesen, dass berechnet wurde, dass, wenn die Fluchtgeschwindigkeit des astronomischen Körpers das X-fache der Durchschnittsgeschwindigkeit der Partikel in der Fluchtschicht wäre, der astronomische Körper die Atmosphäre für Milliarden von Jahren ohne viel Flucht halten würde. Ich erinnere mich nicht genau an den Wert von X, aber ich glaube, es war entweder 5 oder 6.

Ich glaube, dass die Geschwindigkeit von Partikeln in der Fluchtschicht einer Atmosphäre von ihrer Temperatur abhängt, die das Ergebnis der direkten Sonneneinstrahlung auf sie plus jeglicher Wärme ist, die vom astronomischen Körper aufsteigt. Daher sind einige sonnenferne astronomische Körper wie Titan und Triton in der Lage, mehr Atmosphäre zu halten, als sie es könnten, wenn sie in der Entfernung der Erde von der Sonne wären.

Astronomische Körper verlieren auch atmosphärische Partikel in den Weltraum aufgrund von geladenen Partikeln im Sonnen- oder Sternwind, die von dem Stern abgegeben werden, der auf die Atmosphäre trifft. Astronomische Körper mit ausreichend starken Magnetfeldern werden vor diesem Prozess geschützt, indem sie die geladenen Teilchen ablenken oder einfangen.

Atmosphären können auch verloren gehen, indem sie flüssig oder fest werden. Auf der Erde zum Beispiel wird Kohlendioxid, ein Treibhausgas, das die Erde warm genug für das Leben hält, in Mineralien eingeschlossen und aus der Atmosphäre verloren. Im Laufe der Zeit schiebt die Plattentektonik allmählich einige Platten der Kruste unter andere Platten und hinunter in die Magmaschicht. Schließlich erreicht etwas von diesem mit Kohlendioxid angereicherten Magma die Oberfläche und Kohlendioxid wird wieder in die Atmosphäre freigesetzt, wobei ein grobes Gleichgewicht aufrechterhalten wird. Planeten ohne Plattentektonik werden diesen Kohlendioxidkreislauf nicht haben.

Auf der Erde setzen die meisten Pflanzen und Tiere Kohlendioxid in die Atmosphäre frei, während Pflanzen auch Kohlendioxid und Sonnenlicht in Biochemikalien und Sauerstoff umwandeln und so den freien Sauerstoff der Erde in der Atmosphäre produzieren.

Daher ist es relativ einfach zu berechnen, ob ein bestimmter astronomischer Körper eine bestimmte Atmosphäre für Milliarden von Jahren beibehalten würde, und viel weniger einfach zu berechnen, ob er angesichts der Anfangsbedingungen der Planetenentstehung jemals diesen bestimmten Atmosphärentyp annehmen würde.