¿Cómo se adaptará la vida terrestre sembrada a una luna del tamaño de la Tierra bloqueada por mareas?

Un día que dura varios meses terrestres

Los días terrestres tienen poco significado en este planeta/luna similar a la Tierra, porque no gira. De hecho, gira , una vez por órbita, pero esta rotación es tan lenta como la órbita misma debido al bloqueo de marea. De sol a sol se tarda la mitad de la duración de la órbita. Una órbita alrededor del gigante gaseoso podría tomar varios de nuestros meses terrestres. El "día-año" resultante consta de una estación oscura, una estación matutina, una estación luminosa y una estación vespertina.

Una marea alta permanente en un lado

La esclusa de marea dicta que la marea alta del agua está unida a un lugar y es permanente. El agua se extenderá menos, probablemente tendrás un océano gigante donde está la marea alta (hacia el gigante gaseoso), permanentemente en un lugar, con una masa de tierra habitable en él o alrededor de él. La región habitable en este planeta/luna similar a la Tierra podría reducirse significativamente, porque solo las regiones costeras del continente gigante interactuarán con el gran océano, el agua tierra adentro se evaporará fácilmente durante los largos períodos de luz diurna. Lo más probable es que se forme un desierto y solo las regiones costeras sean habitables.

Invierno extremo/noche

En la tierra, consideramos "estaciones" como largos períodos con temperaturas medias altas y bajas durante el día. La diferencia entre el verano y el invierno es de unos 20-50 grados centígrados, dependiendo de la ubicación en nuestro planeta.

Para este planeta/luna similar a la Tierra que orbita alrededor de un gigante gaseoso, la diferencia de temperatura podría llegar a ser tan grande como 200-300 grados centígrados. Las estaciones serán iguales al día y la noche, la oscuridad invernal será "eterna" y muy fría.

¡Para hacer esto habitable, se requiere un diseño adecuado de las condiciones atmosféricas! necesitará una atmósfera espesa con mucho CO2 para mantener el calor, poca energía llegará a la superficie durante períodos muy largos. Es mejor que la conservación del calor sea buena... de lo contrario, los habitantes no sobrevivirán.

Elija cuidadosamente la distancia de su gigante gaseoso a la estrella. En los períodos de luz permanente, el exterior podría ser agradable, digamos -20 a 40. Cuando el invierno llegue en el lado del planeta con agua, el océano se congelará. Elija su cantidad de agua con cuidado, de lo contrario no lloverá en las estaciones moderadas. Algunos grandes lagos interiores estarían bien...

Regiones polares más adecuadas para el asentamiento

Instalarse en un lugar será bastante difícil y preferiblemente en las regiones polares, que tienen un atardecer eterno. En otros lugares, durante los períodos nocturnos de invierno, los habitantes humanos deben estar seguros en el interior o bajo tierra.

Canarias será ave migratoria

La pregunta inicial, "¿Se ajustarán las especies terrestres sembradas a estas diferencias radicales?" . Sí, con algunos ajustes y limitaciones. Las semillas pueden germinar cuando la temperatura y la humedad tienen un buen equilibrio. Ese momento podría durar varias semanas terrestres, en cualquier lugar de las regiones costeras. Un desafío será proteger la vida y la naturaleza en la superficie, cuando llegue el invierno... la vida vegetal en la superficie sería de una sola temporada, o requeriría modificación genética, para ser protegida en el lugar. Los animales se moverán o vivirán bajo tierra. Tu canario se convertirá en un ave migratoria, buscando refugio en otro lugar cuando llegue el invierno, como hacen los gansos. Puede estar en movimiento todas las estaciones, alrededor de la costa.

Respuesta corta:

Estás equivocado acerca de que una luna bloqueada por mareas a su planeta tiene un día eterno en un lado.

Si un planeta está anclado por mareas a su estrella, un lado del planeta siempre mirará hacia la estrella y tendrá un día eterno y un gran calor, mientras que el otro lado siempre mirará hacia el lado opuesto de la estrella y tendrá una noche eterna y un gran frío.

Algunas personas mayores pueden recordar cuando los astrónomos creían que ese era el caso de Mercurio y posiblemente de Venus.

Si una luna está bloqueada por mareas con su planeta, un lado de la luna siempre mirará hacia el planeta, y un lado de la luna siempre mirará hacia el lado opuesto del planeta. Y, por supuesto, ambos lados del planeta alternarán el día y la noche, al igual que la Tierra, porque cada lado de la luna alternará hacia la estrella y hacia afuera.

Ese es el caso de todas las lunas de nuestro sistema solar que están lo suficientemente cerca de sus planetas.

Respuesta larga:

Las probabilidades de que una hipotética exoluna habitable que orbite una exopolareta gigante tenga una duración del día lo suficientemente similar a la duración del día de la Tierra para que florezca la vida en la Tierra son bastante buenas.

El día sideral de un planeta o luna es el período de tiempo durante el cual gira 360 grados con respecto a las estrellas distantes. Para una luna bloqueada por mareas, el día sideral será igual a su período orbital alrededor del planeta.

El día sinódico de un planeta o luna es el período de tiempo durante el cual gira 360 grados en relación con la dirección de la estrella que orbita, la fuente de su luz y calor. Debido a que el planeta o la luna estarán orbitando la estrella y cambiando la dirección de la estrella mientras gira, el día sinódico será diferente del día sideral.

Alguien que quiera tener una buena comprensión del clima y el tiempo en un planeta o una luna ficticios querrá calcular los días siderales y sinódicos con precisión.

¿Cuántos días siderales y sinódicos puede tener una exoluna gigante habitable para humanos y otras formas de vida terrestres con requisitos similares?

Tenga en cuenta que existen límites inferior y superior algo diferentes para la duración de los días siderales y los días sinódicos para los mundos habitables.

En Planetas habitables para el hombre , 1964, Stephen H. Dole calculó y/o supuso las propiedades de los planetas que serían habitables para los humanos.

https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/commercial_books/2007/RAND_CB179-1.pdf

Dole encontró una duración mínima para el día sideral de un mundo habitable y una duración máxima para un día sinódico de un mundo habitable.

Cuanto más rápido gire un planeta, más achatado se volverá, ya que la roca en su ecuador es empujada más y más lejos del centro del planeta. Si un planeta gira demasiado rápido, se volverá inestable y la materia se perderá en su ecuador.

Si un planeta tiene un día sinódico demasiado largo, el período diurno se calentará demasiado y los períodos nocturnos se enfriarán demasiado. Las plantas pueden morir por falta de luz solar durante las largas noches oscuras.

En la página 60 Dole escribió:

Es difícil decir qué extremos de la tasa de rotación son compatibles con la habitabilidad. Sin embargo, esos extremos podrían estimarse en, digamos, 96 horas (4 días terrestres) por revolución en el extremo inferior de la escala y de 2 a 3 horas por revolución en el extremo superior, o a velocidades angulares en las que la forma se vuelve inestable porque de la alta tasa de rotación angular.

Entonces hay límites para el día sideral y el día sinódico.

En el caso de Serina, una exoluna del tamaño de la Tierra que orbita un planeta gigante en otro sistema estelar, existen otros límites para la duración del día sideral de una luna que sería igual a su período orbital alrededor del planeta.

Aquí hay un enlace a una discusión científica sobre la habitabilidad potencial de exolunas hipotéticas que orbitan exoplanetas gigantes:

https://faculty.washington.edu/rkb9/publications/hb13.pdf

En la página 20 escriben:

Los períodos de rotación sincronizados de exolunas putativas de masa terrestre alrededor de planetas gigantes podrían estar en el mismo rango que los períodos orbitales de las lunas galileanas alrededor de Júpiter (1.7–16.7 d) y como el período orbital de Titán alrededor de Saturno (&16 d) (NASA/JPL satélite planetario efemérides)4

Por lo tanto, creen que un hipotético exocomún habitable de un exoplaneta gigante podría tener un período orbital y un día sideral de aproximadamente 1,7 a 16,7 días terrestres de duración.

También escriben:

Se ha demostrado que la mayor duración posible del día de un satélite compatible con la estabilidad de Hill es de aproximadamente P)p/9, siendo P)p el período orbital del planeta alrededor de la estrella (Kipping, 2009a).

Entonces, si el período orbital del planeta alrededor de la estrella no es al menos 9 veces mayor que el período orbital de la luna alrededor del planeta, la órbita de la luna no será estable a largo plazo.

En otro artículo, se muestra que los planetas gigantes tienen un borde habitable, una distancia mínima del planeta que una luna potencialmente habitable tiene que orbitar para evitar ser sobrecalentada por su planeta y sufrir un efecto invernadero desbocado (como la luna Io y el planeta Venus sufrió). Esa distancia mínima es 5 veces el radio del planeta.

Las exolunas del tamaño de Marte probablemente no generarían sus propios campos magnéticos para proteger sus atmósferas de ser despojadas por el viento estelar de sus estrellas. Por lo tanto, tendrían que orbitar dentro de los 20 radios del planeta para estar protegidos por el campo magnético del planeta gigante.

https://www.universetoday.com/105030/magnetic-fields-are-crucial-to-exomoon-habitability/

https://arxiv.org/abs/1309.0811

Por supuesto, incluso exolunas más grandes del tamaño de la Tierra podrían generar sus propios campos magnéticos para proteger sus atmósferas. Pero tendrían que rotar lo suficientemente rápido para generar fuertes campos magnéticos, y si estuvieran bloqueados por mareas, tendrían que orbitar lo suficientemente cerca para tener un período orbital y, por lo tanto, un período de rotación lo suficientemente rápido.

Así que probablemente hay una zona de 5 radios planetarios a 20 radios planetarios alrededor de un planeta gigante donde una luna lo suficientemente grande y adecuada podría ser habitable.

Las simulaciones mostraron que las únicas órbitas alrededor de los planetas del tamaño de Neptuno y Saturno que estaban lo suficientemente cerca como para quedar protegidas por los campos magnéticos de su panel estarían dentro del borde habitable y, por lo tanto, un efecto invernadero en la pista haría que esas lunas fueran inhabitables.

Pero los planetas del tamaño de Júpiter tendrían una zona de 5 a 20 radios planetarios donde sería posible que las lunas habitables orbitaran.

Por supuesto, los planetas pueden volverse mucho más masivos que Júpiter. La línea divisoria entre los planetas más masivos y las enanas marrones menos masivas es unas 13 veces la masa de Júpiter. Y un escritor podría querer poner un mundo habitable en órbita alrededor de una enana marrón. La línea divisoria entre las enanas marrones más masivas y las estrellas menos masivas es de 75 a 80 veces la masa de Júpiter. Así que podríamos establecer el límite de masa superior para que una enana marrón tenga lunas potencialmente habitables (o planetas o como se llamen) observándola en alrededor de 70 masas de Júpiter para estar seguros.

Entonces, ¿cuáles serían los radios de los objetos en esos rangos de masa? No se como calcularlos.

Pero he leído que los planetas y las enanas marrones más masivas que Júpiter solo pueden tener un radio ligeramente mayor que Júpiter, y luego su mayor masa y gravedad las hace cada vez más densas y comprimidas en lugar de más grandes. He leído que, de hecho, solo hay una variación del 15 por ciento en los radios de los objetos más masivos que Júpiter, en el rango de masas desde los planetas más masivos hasta las enanas marrones y las estrellas menos masivas.

Así que supongo que todos los planetas y enanas marrones más masivos que Júpiter tienen radios entre 0,8 y 1,2 radios de Júpiter.

El radio ecuatorial de Júpiter es de unos 71.492 kilómetros o 44.423 millas.

Entonces, el borde interior habitable alrededor de cualquier planeta o enana marrón más masiva que Júpiter debería estar en algún lugar entre 285,968 kilómetros y 428,952 kilómetros. Aunque (podría ser diferente alrededor de una enana marrón). Eso da una circunferencia orbital entre 1.796.789,935924 y 2.695.184,903885 kilómetros.

El borde exterior de habitabilidad en veinte radios alrededor de cualquier planeta o enana marrón más masiva que Júpiter debería estar entre 1.143.872 kilómetros y 1.715.808 kilómetros. (Aunque podría ser diferente alrededor de una enana marrón). Eso da una circunferencia orbital entre 7.187.159,743694 y 10.780.739,615541 kilómetros.

Entonces, usando la fórmula para calcular la velocidad orbital a una distancia específica de un cuerpo con una masa específica, límites inferiores y más largos aproximados para los períodos obitales y, por lo tanto, días siderales, de lunas bloqueadas por mareas en las zonas habitables de planetas gigantes y enanas marrones. se puede calcular

Si el planeta tiene una masa de Júpiter, una luna que orbita a 5 radios de Júpiter o 357 460 kilómetros tendrá un período orbital y un día de 1,37807 días terrestres o 33,0736 horas. Una luna que orbita a 20 radios de Júpiter o 1.429.840 kilómetros tendría un período orbital y un día de 11,0245 días terrestres o 264,589 horas.

Si el planeta o enana marrón tiene 13 masas de Júpiter o 0,004163 masa solar:

Una luna orbitando a 285.968 kilómetros tendría un período de 0,273882 días o 6,57316 horas.

Una luna orbitando a 428.952 kilómetros tendría un período de 0,503153 días o 12,0757 horas.

Una luna orbitando a 1.143.872 kilómetros tendría un período de 2,19105 días o 52,5853 horas.

Una luna orbitando a 1.715.808 kilómetros tendría un período de 4,02522 días o 96,6056 horas.

Si una enana marrón tiene 70 masas de Júpiter o 0,066857 masa solar:

Un mundo orbitando a 285.968 kilómetros tendría un período de 0,118040 días o 2,83296 horas.

Un mundo orbitando a 428.952 kilómetros tendría un período de 0,216853 días o 5,20447 horas.

Un mundo orbitando a 1.143.872 kilómetros tendría un período de 0,944319 días o 22,6636 horas.

Un mundo orbitando a 1.715.808 kilómetros tendría un período de 1,73482 días o 41,6358 horas.

Entonces, una luna que orbita un planeta gigante con una masa entre una masa de Júpiter y 13 masas de Júpiter a una distancia de 5 a 20 radios debería tener un período orbital y un día sideral entre 0,273882 días o 6,57316 horas. y 11,0245 días terrestres o 264,589 horas.

Entonces, una luna mundial que orbita una enana marrón con una masa entre 13 masas de Júpiter y 70 masas de Júpiter a una distancia de 5 a 20 radios debería tener un período orbital y un día sideral entre 0,118040 días o 2,83296 horas. y 4,02522 días o 96,6056 horas.

Así que la mayoría de los eperíodos orbitales posibles entre 5 y 20 radios del cuerpo principal alrededor de Júpiter o palnets más grandes o alrededor de enanas marrones deberían estar dentro del rango posible para un mundo habitual sugerido por Dole de 2 o 3 horas como mínimo a 96 horas (cuatro días terrestres) como máximo. Y cada masa de júpiter o palnet más masivo o enana marrón debería tener un irbit donde una luna tendría un día sidreal del I día de la Tierra.

Pero es el día sinódico de la luna lo que es importante. El día sinódico siempre debe ser un poco más largo que el día sideral de la luna. Eso no será un gran problema si la diferencia de duración entre el día sideral y el día sinódico es lo suficientemente corta.

Cuanto mayor sea la diferencia entre el período orbital de la luna alrededor de su planeta y el período orbital del planeta alrededor de su estrella, más corto será el día sinódico. Entonces, cuanto más largo sea el período orbital del planeta en comparación con el período orbital de la Luna, más fácil será que la Luna tenga un período orbital y un día sideral de 0,75, o 0,81, o 0,92, etc. de un día terrestre, y tenga un día sinódico de exactamente un día terrestre.

Y cuanto más cerca esté el día sinódico de la luna del día sinódico de la Tierra, menos problemas tendrán las plantas y los animales transportados desde la Tierra para adaptarse y adaptarse a la vida en la luna.

Bueno, una de las primeras cosas en las que puedo pensar es que los horarios de sueño tendrán que ajustarse. Un organismo con un ciclo circadiano que no esté ligado a los niveles de luz tendrá una ventaja, ya que puede dormirse rápidamente durante el largo día y despertar rápidamente y operar limpiamente durante la larga noche. Aunque sospecho que muchos animales desarrollarán habilidades de hibernación, ya que los largos días y noches producirán variaciones de temperatura más extremas. Por lo tanto, muchos animales hibernan durante las noches frías. Mira cómo los animales se adaptan a los desiertos, donde la falta de agua significa variaciones extremas de temperatura.

Las plantas también necesitarán tener sus propias adaptaciones. Debido al largo día en el que realizan la fotosíntesis y la larga noche en la que las plantas deben depender de la energía almacenada para mantener su metabolismo en marcha, las plantas tendrán más almacenamiento de energía que en la Tierra. Esta será una fuente potencial de alimento para los animales, por lo que habrá una carrera armamentista evolutiva sobre ellos, al igual que sobre las hojas.

Los animales nocturnos a menudo tienen menos agudeza visual a favor del oído o el olfato, por lo que es probable que estos se desarrollen en especies que no hibernan. La visión tricromática humana es inútil de noche sin luces artificiales, por lo que es menos útil para una especie activa durante la noche.

Bloqueo de marea, lo que significa que un lado siempre mira hacia el padre, por lo que no hay ciclos de día y noche, solo la mitad de la luz eterna y la mitad de la oscuridad eterna.

Si bien esto puede ser cierto para un planeta que orbita una estrella, no existe una forma estable a largo plazo de que una luna presente estas características. El bloqueo de mareas de las lunas alrededor de los gigantes gaseosos ocurre rápidamente y al principio de su evolución, y dará como resultado un hemisferio siempre mirando hacia el gigante gaseoso padre y un hemisferio siempre mirando hacia afuera.

Asumiré que las lunas están orbitando más o menos en el mismo plano orbital que su padre. Tenga en cuenta que algunas situaciones con órbitas lunares muy inclinadas (como Tritón ) tendrán diferentes ciclos de día y noche, pero aún así no se comportarán como usted ha descrito.

Estos dos hemisferios, el que mira hacia adentro y el que mira hacia afuera, serán muy diferentes: el lado que mira hacia el gigante gaseoso nunca tiene realmente una noche adecuada, sino que tiene un largo crepúsculo que probablemente sea mucho más brillante que incluso la noche de luna más brillante de la Tierra. Tendrá un período de eclipse cada "día", cuya duración dependerá de su órbita que no ha compartido con nosotros. El lado exterior tendrá una noche adecuada y larga. Tampoco experimentará ningún eclipse.

Un año que dura días en lugar de meses

Nota de terminología: todavía hay un "año" que afectará a la luna, y ese año está asociado con la órbita de su planeta padre alrededor de la estrella principal. Esto significa que aún puede haber cambios estacionales que toman largos períodos de evolución. "Año" entonces es un término pobre para su propia órbita. Si no le gusta el término "día" para su período orbital, considere "mes", dado su origen en nuestro propio idioma del período de la Luna.

Exactamente cuáles serán los efectos de una noche larga en la luna dependerá de si es el lado interior o exterior, y la naturaleza de la atmósfera. Una atmósfera densa y espesa puede ayudar a aislar al mundo de la pérdida de calor durante los largos períodos de oscuridad. La atmósfera podría sufrir una súper rotación como lo hace en Titán para ayudar a equilibrar las temperaturas.

En cualquier caso, las noches serán largas y probablemente frías, por lo que las especies diurnas deberán poder entrar en un estado de letargo para conservar energía... una especie de semihibernación periódica breve. Las especies nocturnas también pueden hacer lo mismo, aunque correrían más riesgo de sobrecalentamiento y deshidratación que de congelación.

La capacidad de construir, encontrar o excavar un refugio parece ser importante, y eso no es algo que yo necesariamente llamaría una simple "adaptación". Las especies menos adecuadas para esto pueden simplemente ser incapaces de prosperar en el nuevo entorno.

La dieta podría ser el verdadero problema. Sospecho que la adaptación de los pequeños mamíferos al medio ambiente puede ser relativamente sencilla, pero es probable que la adaptación de las plantas y los invertebrados de los que se alimentan sea mucho más difícil. Es probable que todas las plantas deban ser resistentes a las heladas, y la fruta, si existe, parece probable que sea bastante diferente de cualquier cosa que se encuentre en la Tierra si se pretende que resista la congelación durante la noche. Las flores y los polinizadores aún podrían existir, al menos, y las nueces y las semillas deberían funcionar lo suficientemente bien. Es probable que muchos tipos de insectos que dependen de temperaturas sobre el suelo que no se congelan nunca se adapten, aunque las cosas que viven principalmente bajo tierra y solo emergen brevemente para aparearse y morir estarán bien.

Tal vez deberías preguntar primero por las plantas y luego por los invertebrados, y luego será posible dar una mejor respuesta sobre los vertebrados. En cualquier caso, sospecho que las cosas pequeñas parecidas a roedores, y los pequeños mustélidos y felinos que se alimentan de ellos serán los ganadores en esta situación, independientemente de las otras variables, porque la mayoría de los rasgos deseables ya están ahí.