¿Cómo funcionaría un planeta similar a la Tierra con una luna habitable y cómo llegar allí?

Para un planeta con 3,5 veces el volumen de la Tierra y 3,5 veces su masa, la gravedad superficial será de 1,52 g.

Anteriormente he discutido la ecuación para la gravedad superficial. Solo tenga en cuenta para su propio cálculo que 3,5 veces el volumen es aproximadamente 1,52 veces el radio. Entonces, si desea trabajar en términos de volúmenes, puede multiplicar el término del radio por la raíz cúbica del escalar de volumen que desea.

Ecuación básica de gravedad superficial:

Para un planeta con 3,5x de masa y 3,5x de volumen :

habitabilidad de la luna-

Como ya ha vinculado, la habitabilidad de la luna se trata en otras preguntas . También la respuesta de Jim2B describe algunas características básicas.

Ir de su planeta masivo a la luna habitable-

En cuanto a llegar allí, pueden usar cohetes químicos, como nosotros.

Supongo que lo que quieres saber es si la mayor gravedad del planeta de origen disuadirá el lanzamiento desde él. Hay una pregunta algo relacionada con Physics SE . Se relaciona con lo que supongo que es el núcleo de su pregunta, al menos. Llegar al espacio desde la superficie de un planeta con 1,52 a 1,76 veces la gravedad de la Tierra no es imposible, pero es más difícil. Necesitarán cohetes muy eficientes para superar la ecuación de los cohetes . O, como volvió a señalar Jim2B , una alternativa a la propulsión por cohete.

¿Cuál es el tamaño mínimo para un cuerpo habitable (luna)?
Permítanme hacer las siguientes suposiciones:

1. Temperatura ~ Tierra
2. Densidad lunar ~ Tierra
3. Para ser habitable, el satélite debe retener agua como gas atmosférico.
4. El principal mecanismo de pérdida atmosférica es Jean's Escape (esto requiere un campo magnético moderadamente fuerte).

Según estas suposiciones, el satélite debe tener una masa de alrededor de 3x Marte ~ 33% del ~ 10% de la masa de la Tierra de su planeta Y todavía tener al menos un núcleo de hierro líquido parcial.

Las suposiciones de densidad y campo magnético se refuerzan entre sí, ya que el satélite probablemente tiene un núcleo de hierro de gran tamaño que aumenta la densidad y las probabilidades de que parte de ese núcleo permanezca líquido.

Probablemente desee una separación entre el planeta y la Luna mayor que la que existe entre la Tierra y la Luna o obtendrá grandes mareas y un bloqueo de mareas que disminuiría la fuerza del campo magnético.

Proporcionaré detalles matemáticos más adelante, según lo permita el tiempo.

¿Qué tan difícil sería lanzar cohetes desde el planeta?
Los cohetes requeridos para escapar de su planeta serían diabólicamente difíciles. Considero que la Tierra está en el límite de la practicidad cotidiana de los cohetes químicos. Podemos hacerlo, pero es tan difícil/costoso que lo reservamos solo para misiones muy valiosas/raras.

La cohetería química también podría usarse en su caso, solo aumenta la dificultad y reduce aún más la carga útil.

¿Qué tipo de lanzamiento espacial podrías usar para despegar del planeta?
Querrá usar algo como Propulsión de pulso nuclear con alto impulso y empuje o posiblemente una de las técnicas de lanzamiento espacial sin cohetes como Light Gas Gun o Ram Accelerator que no lo obligue a transportar su combustible con usted.

Las condiciones podrían ser muy diferentes entre los dos cuerpos, y la vida también muy diferente. En un tiempo temprano después de la formación, el cuerpo menor era más parecido a la Tierra, similar al caso de nuestro propio Marte . Los dos cuerpos intercambian material por lo que la vida comenzó en ambos. Pero a medida que la luna cambió, la vida temprana evolucionó para hacer frente a condiciones muy diferentes. Después de comenzar con el mismo stock de abiogénesis , la vida en los dos cuerpos siguió caminos separados mucho antes de que ocurriera la fotosíntesis y la endosimbiosis en el cuerpo similar a la Tierra, y las células tomaron rutas diferentes en la luna (calentada) similar a Marte a medida que perdía su agua superficial y atmósfera.

Me imagino que en lugar de hojas verdes, lechos de sustancia pegajosa negra llenan maria que recolecta energía químicamente de la radiación fuerte, en las capas superiores de protoplasma sin células que se voltea, para hacer circular los químicos activados a las partes "vivas" de abajo.

La vida más compleja incluye algas (células gigantes) y un nivel masivo de endosimbiosis en lugar de solo eucariotas . Los orgánulos semiautónomos comparten una bolsa cerrada y pueden intercambiar partes funcionales, incluidos varios procariotas domesticados (como las mitocondrias) que han encontrado diferentes trucos para procesar diferentes minerales y otros recursos. Al alimentarse de la sustancia viscosa de arriba, estos se deslizan a través de la roca de la corteza extrayendo materiales y agua para formar el ecosistema.

Entonces, los extraterrestres "convencionales" del cuerpo principal descubren, al llegar a su luna, que las rocas están vivas y rápidamente encuentran formas de comerlas.

Cuando era niño, me preguntaba por qué Superman no tenía que usar un traje espacial en la Tierra, ya que una explicación de su súper fuerza era la gravedad mucho menor en la Tierra y los humanos tendrían que usar trajes espaciales para sobrevivir en la Luna a pesar de la diferencia de gravedad. no siendo suficiente para hacerlos tan fuertes como Superman.

Y yo era bastante escéptico acerca de las historias de ciencia ficción donde la Luna tenía una atmósfera respirable.

Cuando tenía 12 años leí "He Who Shrank" ( Historias asombrosas , agosto de 1936) de Henry Hasse" y tenía dudas sobre la trama secundaria que involucraba a una especie que migraba de su planeta de origen a su luna. Era muy escéptico sobre el planeta y la luna es naturalmente habitable para una sola especie. "El que se encogió" es, por lo demás, una historia memorable: hace poco tuve un sueño con una variación de su trama .

En el episodio de Next Generation "The Host" del 13 de mayo de 1991 :

LEKA: La gente de nuestras lunas ha estado en discordia desde que emigraron de nuestro planeta hace cinco siglos. Para nosotros en el planeta Son como dos niños que se pelean. Tratamos de ayudar a resolver sus argumentos al no tomar partido, pero esta vez estamos perdidos.

Entonces, cincuenta y cinco años después, los escritores todavía no estaban preocupados por los niños inteligentes que se reían de ellos por sugerir que una especie que se originó en un planeta podría sobrevivir en las lunas naturalmente habitables de ese planeta. Véase también el habitable para las lunas bajoranas de Bajor en Deep Space Nine .

Por supuesto, para entonces la idea de terraformar planetas y lunas para hacerlos habitables era bien conocida. Ver Project Genesis en Wrath of Khan y "Home Soil". Entonces, tal vez los escritores de "The Host" asumieron que la gente de Peliar Zel tenía que terraformar sus lunas antes de asentarse en ellas.

Por lo tanto, sugiero que podría enfrentar un problema en la nomenclatura. Llamar planeta al cuerpo más grande y luna al cuerpo más pequeño puede hacer que algunos lectores piensen que debería ser imposible que ambos mundos sean naturalmente habitables para los nativos del mundo más grande, o para los humanos si los humanos están involucrados en la historia.

Una alternativa es describir los dos mundos como un planeta doble en lugar de un planeta y una luna. Pero no planetas gemelos, por supuesto.

La Tierra y la Luna a veces se han descrito como un planeta doble, y después de que se descubrió a Caronte, Plutón y Caronte a menudo se describieron como un planeta doble en lugar de un planeta y su luna. Así que podrías hacer bien en que algunos de tus personajes discutan o discutan si el mundo más pequeño es una luna o la parte más pequeña de un planeta doble.

Y tal vez incluir alguna contrapartida irónica a la forma en que en nuestro sistema solar los primeros asteroides que se descubrieron, y luego Plutón, se consideraron planetas y luego se degradaron en estado.

Otro método sería hacer que los exploradores del planeta hablaran sobre cómo su gente ha soñado, discutido y estudiado sobre la posibilidad de vida en su luna y la probabilidad de que sea habitable para ellos. Señale que para la gente de ese mundo un sueño que murió hace más de un siglo para la gente de la Tierra es una realidad y qué maravilloso es eso para ellos. Conviértalo en parte en una historia de cumplimiento de deseos para nosotros, los terrícolas.

Un tercer método, y creo que deberías usar los tres, es mostrar tu trabajo. O, considerando su pregunta, el trabajo de quien sea que haga los cálculos por usted.

Haz cálculos para mostrar que los mundos habitables de tamaño más pequeño y más grande pueden diferir en tamaño lo suficiente como para ser descritos como un planeta y su luna, o alternativamente como mundos hermanos (pero no mundos gemelos) en un planeta doble.

Encontré una discusión sobre la habitabilidad de las exolunas, satélites naturales de planetas extrasolares :

Se requiere una masa mínima de exoluna para impulsar un escudo magnético en una escala de tiempo de mil millones de años (Ms≳0.1M⊕; Tachinami et al., 2011); para sostener una atmósfera sustancial y duradera (Ms≳0.12M⊕; Williams et al., 1997; Kaltenegger, 2000); y para impulsar la actividad tectónica (Ms≳0.23M⊕; Williams et al., 1997), que es necesaria para mantener la tectónica de placas y apoyar el ciclo del silicato de carbono. Se han detectado dínamos internos débiles en Mercurio y Ganímedes (Gurnett et al., 1996; Kivelson et al., 1996), lo que sugiere que las masas de los satélites> 0,25 M⊕ serán adecuadas para las consideraciones de habitabilidad de la exoluna. Este límite inferior, sin embargo, no es un número fijo. Otras fuentes de energía, como el calentamiento radiogénico y de las mareas, y el efecto de la composición y estructura de una luna, pueden alterar el límite en cualquier dirección. Un límite de masa superior viene dado por el hecho de que el aumento de la masa conduce a altas presiones en el interior del planeta, lo que aumentará la viscosidad del manto y reducirá la transferencia de calor en todo el manto, así como en el núcleo. Por encima de una masa crítica, la dínamo se suprime fuertemente y se vuelve demasiado débil para generar un campo magnético o sostener la tectónica de placas. Esta masa máxima se puede situar en torno a los 2M⊕ (Gaidos et al., 2010; Noack and Breuer, 2011; Stamenković et al., 2011). Resumiendo estas condiciones, esperamos que las lunas de aproximadamente la masa de la Tierra sean habitables, y estos objetos podrían ser detectables con el recién iniciado proyecto Hunt for Exomoons with Kepler (HEK) (Kipping et al., 2012). lo que aumentará la viscosidad del manto y reducirá la transferencia de calor en todo el manto, así como en el núcleo. Por encima de una masa crítica, la dínamo se suprime fuertemente y se vuelve demasiado débil para generar un campo magnético o sostener la tectónica de placas. Esta masa máxima se puede situar en torno a los 2M⊕ (Gaidos et al., 2010; Noack and Breuer, 2011; Stamenković et al., 2011). Resumiendo estas condiciones, esperamos que las lunas de aproximadamente la masa de la Tierra sean habitables, y estos objetos podrían ser detectables con el recién iniciado proyecto Hunt for Exomoons with Kepler (HEK) (Kipping et al., 2012). lo que aumentará la viscosidad del manto y reducirá la transferencia de calor en todo el manto, así como en el núcleo. Por encima de una masa crítica, la dínamo se suprime fuertemente y se vuelve demasiado débil para generar un campo magnético o sostener la tectónica de placas. Esta masa máxima se puede situar en torno a los 2M⊕ (Gaidos et al., 2010; Noack and Breuer, 2011; Stamenković et al., 2011). Resumiendo estas condiciones, esperamos que las lunas de aproximadamente la masa de la Tierra sean habitables, y estos objetos podrían ser detectables con el recién iniciado proyecto Hunt for Exomoons with Kepler (HEK) (Kipping et al., 2012).

Esto indica una masa mínima para el mundo más pequeño de al menos 0,25 masas terrestres y una masa máxima para el mundo más grande de no más de 2,0 masas terrestres, lo que indica que la diferencia de masa puede ser casi 8 veces la masa del mundo más pequeño.

Dado que los planetas hermanos, o el planeta y la luna, casi con certeza estarían bloqueados por mareas, ambos rotarán con el mismo período que su obituario alrededor de su centro de masa. Los días de ambos serán iguales a su mes.

Pero cuanto más rápido gira un mundo, más probable es que genere un fuerte campo magnético que proteja la atmósfera exterior de las partículas cargadas. Entonces, las órbitas de los dos mundos deben diseñarse para darles meses lo suficientemente cortos y, por lo tanto, un giro lo suficientemente rápido.

Algunos estudios sugieren que incluso una rotación extremadamente lenta permitiría un blindaje magnético sustancial, siempre que la convección en el manto del planeta o de la luna sea lo suficientemente fuerte (Olson y Christensen, 2006). En este caso, el bloqueo de marea no sería un problema para el blindaje magnético.

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

Si es correcto, eso puede disminuir en gran medida la necesidad de hacer que las órbitas sean lo más cortas posible.

Tenga en cuenta que el artículo analiza la habitabilidad de las exolunas que orbitan exoplanetas gigantes gaseosos en las zonas habitables de sus estrellas (que orbitan "Júpiter calientes") en lugar de las exolunas que orbitan planetas similares a la Tierra, lo que puede modificar un poco algunos de los cálculos.

necesitará calcular tanto la gravedad de la superficie como la velocidad de escape de ambos mundos. Es un hecho bien conocido que la exposición prolongada a la microgravedad o la ingravidez de la órbita terrestre causa problemas de salud a los astronautas humanos. No se sabe si la exposición a largo plazo a la menor gravedad de Marte, por ejemplo, tendría el mismo efecto en la salud humana.

Así puedes optar por:

1. Ignora los efectos sobre la salud de la gravedad más baja en tus nativos del planeta.

2. Haga que sus científicos usen centrífugas configuradas para simular la gravedad de su luna en su estación espacial en órbita y descubran que los nativos del planeta no sufren ningún efecto negativo por la exposición a largo plazo.

3. Haz que los personajes del planeta solo hagan estancias cortas en su luna.

4. Haz que la nave espacial incluya centrífugas para simular la gravedad de su planeta.

5. Haz que los personajes tomen otras precauciones contra los efectos a largo plazo de la baja gravedad, como hacen los astronautas de la Tierra durante largas estancias en estaciones espaciales.

6. Haz que los personajes descubran el problema durante una larga estadía en su luna y descubran que necesitan regresar a casa de inmediato, preferiblemente cuando por otras razones sea menos posible o deseable.

7. Haga que el planeta y la luna tengan una gravedad superficial muy similar a pesar de las diferencias en sus tamaños y masas, por lo que no es muy sorprendente que los nativos del planeta no se vean perjudicados por la pequeña diferencia en la gravedad superficial.

O alguna combinación de dos o más de los anteriores.

Si haces que dos mundos muy diferentes tengan gravedad superficial similar a pesar de tener masas y diámetros muy diferentes, tendrán que tener densidades diferentes, a pesar de que existen límites de densidad superior e inferior para los mundos similares a la Tierra. El mundo más pequeño tendrá que ser más denso y el mundo más grande tendrá que ser menos denso.

Ambos mundos deberán tener velocidades de escape lo suficientemente altas para retener sus atmósferas durante períodos de tiempo geológicos. La velocidad de escape del mundo más grande debería ser lo más baja posible, ya que la de la Tierra es ciertamente lo suficientemente alta como para hacer que alcanzar la órbita y salir de ella sea muy difícil. Hacer que el mundo más grande sea menos denso (dentro de límites prácticos) mantendrá su velocidad de escape lo más baja posible.

El Youtuber Artifexian tiene buena información sobre el tema, en la que explora el sistema estelar y la construcción de planetas usando ecuaciones (que actualmente estoy compilando en hojas de cálculo para facilitar su uso).

De acuerdo con los videos de Artifexian, la masa que diste es excelente ( 3,5 masas terrestres es el tamaño máximo absoluto que usaría para hacer un mundo habitable), y tu luna debería ser menor que la masa de tu planeta, pero mayor que 0,25 masas terrestres. . Esto puede convertir su planeta y su luna en un sistema de planetas binarios (como Plutón y Caronte), por lo que al calcular cosas como la órbita, es posible que primero deba encontrar el baricentro de los dos cuerpos.