¿Cuál sería el efecto sobre el clima en una luna similar a la Tierra de un gigante gaseoso, que experimentó eclipses solares totales regulares ("mensuales") (por su padre gigante gaseoso) que duraron aprox. 40 horas
Estoy tratando de recrear un clima realista para este mundo. En igualdad de condiciones, la luna es ligeramente más cálida que la Tierra (es lo suficientemente grande, con suficiente magnetosfera para aferrarse a su atmósfera), no está bloqueada por mareas y gira sobre su eje y orbita alrededor de su padre. Por lo tanto, tiene un ciclo diurno y nocturno bastante "normal" (a pesar de la luz reflejada por su padre durante la "noche"). Pero no puedo encontrar orientación en ninguna parte de la web sobre qué tipo de efecto tendrían 40 horas mensuales de oscuridad total para toda la luna en su clima, y el desarrollo y comportamiento de sus plantas (tal vez no tiene un efecto apreciable, no lo sé). No lo sé, pero asumo un poco de enfriamiento más allá de lo habitual para una noche normal, hacia el final de ese período de 40 horas).
Cualquier pensamiento sería muy apreciado.
El escenario es el mismo que el de Lunas similares a la Tierra capturadas alrededor de gigantes gaseosos.
Usé la fórmula provista por Michael Kjörling en este hilo Luna similar a la Tierra alrededor del gigante gaseoso. Duración del eclipse? para calcular la duración del eclipse.
Mismo escenario que: Lunas similares a la Tierra capturadas alrededor de gigantes gaseosos
El uso de una luna que se eclipsa durante 40 horas cada mes recibiría aproximadamente 1/18 (5,5 %) menos de luz solar que una luna similar sin tal eclipse. Dado que ha definido su planeta como similar a la Tierra, podemos suponer que está recibiendo más energía solar para compensar esto. Habrá un ciclo mensual a la temperatura promedio, más frío al final del eclipse y calentándose lentamente nuevamente en el transcurso del mes.
La vida tendría que evolucionar para hacer frente a las caídas regulares de temperatura. Esto es algo con lo que la vida en latitudes y altitudes más altas ya tiene que lidiar.
El efecto sobre el clima no sería muy fuerte. Si tu luna tiene una atmósfera similar a la de la Tierra, sobreviviría fácilmente al efecto de un eclipse de 40 horas. La temperatura caerá más bajo que durante las noches normales, pero no creo que veamos una diferencia que exceda los 10 grados C. Los animales y la vegetación deberían poder adaptarse fácilmente a tales eventos.
PD: no miré la fórmula de Michael Kjörling, pero los resultados no parecen correctos. El eclipse real en Ganímedes de Júpiter, por ejemplo, dura horas, no decenas de horas.
PPS miró más en la respuesta de Michael Kjörling. En los comentarios, otras personas señalaron el error, utilizando exactamente el mismo ejemplo de Ganímedes. Pero todavía no hay una fórmula corregida.
No me quedó claro si querías las 40 horas al mes o si lo calculaste y ahora lo estás sufriendo. Si es el último caso, puede consultar esta entrada de wikipedia sobre Penumbra. Cita masas de planetas necesarias, pero a menos que me equivoque, la masa de un gigante gaseoso se puede aumentar con una densidad más alta, como un núcleo sólido grande o algo así, sin aumentar su tamaño, que es lo que afecta la duración del eclipse. Probablemente podría encontrar órbitas, masas y tamaños que funcionen para cualquier duración de eclipse. Diablos, incluso podrías tener la órbita de la luna en ángulo recto con el sol y nunca estar realmente en la sombra. Si has considerado esto entonces. . . mmm, mis disculpas. Indiferencia. Haga clic en este pequeño número uno. wiki sobre sombras 1
Respuesta corta:
En la mayoría o en todas las lunas habitables de los planetas gigantes gaseosos, las noches típicas deberían durar varias veces más que los eclipses causados por las sombras de los planetas que orbitan las lunas habitables. Por lo tanto, debe preguntarse cuáles serán probablemente los efectos de esas largas noches, en lugar de los efectos de los eclipses mucho más cortos.
Respuesta larga:
40 horas por mes de la luna? ¿Y cuánto dura el mes de la Tierra como la luna?
Un cuerpo astronómico como la Tierra, habitable para seres como los humanos, debería tener al menos 3.000.000.000 de años, y posiblemente miles de millones de años más.
Sin embargo, considerando una exoluna de la masa de la Tierra alrededor de un planeta anfitrión similar a Júpiter, dentro de unos pocos millones de años como máximo, el satélite debería estar bloqueado por mareas con el planeta, en lugar de con la estrella.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3549631/ 1
Por lo tanto, el día de la luna habitable debería ser igual a su órbita mensual alrededor de su planeta, mientras que su año debería ser la órbita de su planeta principal alrededor de su sol.
Los períodos de rotación sincronizados de exolunas putativas de la masa de la Tierra 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/ Efemérides del satélite planetario JPL)4.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3549631/ 1
Se ha demostrado que la mayor duración posible del día de un satélite compatible con la estabilidad de Hill es aproximadamente P p/9, siendo P p el período orbital del planeta alrededor de la estrella (Kipping, 2009a).
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3549631/ 1
El año del planeta mientras orbita alrededor del sol de su sistema debe ser al menos nueve veces más largo que el mes y el día de la luna habitable mientras orbita alrededor del planeta, y posiblemente varias veces nueve veces más largo que un mes/día.
Si el mes/día de la luna habitable puede ser de 1,7 a 16,7 días terrestres, como se sugirió anteriormente, y la duración del año debe ser al menos 9 veces mayor, la duración del año de la luna habitable debe ser de al menos 15,3 a 150,3 días terrestres.
Los exoplanetas detectados que se consideran probablemente dentro de las zonas habitables de sus estrellas tienen días que van desde 6,1 días terrestres hasta 384,8 días.
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_potentially_habitable_exoplanets 1
Podríamos suponer arbitrariamente que 2.000 días terrestres es el año más largo posible para un mundo habitable: Ceres, cerca del borde exterior de la zona habitable más optimista calculada para nuestro sol, tiene un año de 1.683 días terrestres o 4,60 años terrestres.
https://en.wikipedia.org/wiki/Ceres_(planeta_enano) 2
https://en.wikipedia.org/wiki/Circumstellar_habitable_zone#/media/File:Estimated_extent_of_the_Solar_Systems_habitable_zone.png 3
Y podríamos suponer arbitrariamente que 5,0 días es el año mínimo posible para un planeta habitable.
Y así, el mes/día de una luna habitable debe ser inferior a 0,5555 a 222,2222 días terrestres para que sea inferior a una novena parte de la duración del año planetario.
Un período de eclipse de 40 horas terrestres o 1.666 días terrestres requeriría un mes/día de una duración considerable.
Cuanto más cerca orbite una luna de su planeta, más calor la calentará la marea. Cuanto más cerca orbite una luna de su planeta, más luz solar reflejada por su planeta la calentará. Por lo tanto, una luna que orbite demasiado cerca de su planeta se calentará demasiado y sufrirá un calentamiento descontrolado del efecto invernadero y la pérdida de su agua en el espacio.
Las lunas a distancias entre 5 y 20 radios planetarios de un planeta gigante pueden ser habitables desde el punto de vista de la iluminación y el calentamiento por mareas, pero aún así la magnetosfera planetaria influiría críticamente en su habitabilidad.
http://adsabs.harvard.edu/abs/2013arXiv1309.0811H 4
La sombra proyectada por un planeta sobre la órbita de su luna tendrá un diámetro de 2 radios planetarios. Si la órbita aproximadamente circular de la luna tiene un radio de 5 a 20 radios planetarios, tendrá una circunferencia de 31,4159 a 125,6636 radios planetarios o 15,70795 a 62,8318 veces el diámetro de la sombra proyectada por el planeta.
Por lo tanto, el mes/día de la luna habitable será entre 15,70795 y 62,8318 veces más largo que el período del eclipse, si la luna orbita el planeta en el mismo plano, o cerca de él, que el planeta orbita alrededor del sol. Si el plano orbital de la luna es más que ligeramente diferente al del planeta, la luna será eclipsada por el planeta en raras ocasiones o nunca será eclipsada por el planeta.
Si la luna habitable y su planeta orbitan en el mismo plano, el mes/día de la luna habitable debería ser entre 15,70795 y 62,8318 veces más largo que el período de eclipse una vez por mes/día.
Si la duración del planeta orbitado por la luna habitable debe ser al menos nueve veces la duración del mes/día de la luna habitable, debe haber al menos 9 eclipses durante un año del planeta, y el año del planeta debe ser al menos de 141,37155 a 565,4862 veces el período de un eclipse.
Si el período del eclipse es de aproximadamente 40 horas terrestres o 1,6666 días terrestres como se dijo en la pregunta original, el mes/día de la luna habitable será de aproximadamente 628,318 a 2513,272 horas terrestres, o 26,179916 a 104,7196 días terrestres. Por lo tanto, la duración de los años del planeta debería ser de al menos 235,61924 a 942,47694 días terrestres o al menos de 0,6450 a 2,5803612 años terrestres.
Sin embargo, considerando una exoluna de la masa de la Tierra alrededor de un planeta anfitrión similar a Júpiter, dentro de unos pocos millones de años como máximo, el satélite debería estar bloqueado por mareas con el planeta, en lugar de con la estrella.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3549631/ 1
Por lo tanto, el mes/día de la luna habitable siempre debe ser varias veces mayor que la duración del período que la luna habitable pasa en el eclipse de su planeta.
Y si el cálculo de que la distancia orbital de una luna habitable debe ser de cinco a veinte radios planetarios es correcto, el mes/día de la luna habitable debe ser entre 15,70795 y 62,8318 veces mayor que el período del eclipse.
Si la pregunta original es esperar un eclipse que dure más de un día de luna, la respuesta debe ser no, porque una luna no puede tener un día de duración arbitraria. La duración del día de una luna debe ser igual a la duración de su mes, ya que casi todas las lunas estarán bloqueadas por mareas para mantener un lado siempre de cara a su planeta y el otro lado siempre de espaldas al planeta.
Hay alguna esperanza de que una luna habitable gire más rápido que su período orbital alrededor de su planeta.
Dado que el período de rotación del satélite también depende de su excentricidad orbital alrededor del planeta y dado que el arrastre gravitatorio de otras lunas o de una estrella anfitriona cercana podría impulsar la excentricidad del satélite (Cassidy et al., 2009; Porter y Grundy, 2011), las exolunas podrían rotar incluso más rápido que su período orbital.
Las fuentes son:
Cassidy TA Méndez R. Arras P. Johnson RE Skrutskie MF Satélites masivos de exoplanetas gigantes gaseosos cercanos. Astrophis J. 2009;704:1341–1348.
http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/704/2/1341/meta 5
Porter SB Grundy WM Evolución posterior a la captura de exolunas potencialmente habitables. Astrophis J. 2011;736:L14.
http://iopscience.iop.org/article/10.1088/2041-8205/736/1/L14/meta 6
Pero tengo mis dudas de que el período de rotación de una luna pueda ser más corto que el tiempo que pasa a la sombra de su planeta durante un eclipse.
Por lo tanto, en la mayoría o en todas las lunas habitables de los planetas gigantes gaseosos, las noches típicas deberían durar varias veces más que los eclipses causados por las sombras de los planetas que orbitan las lunas habitables. Por lo tanto, debe preguntarse cuáles serán probablemente los efectos de esas largas noches, en lugar de los efectos de los eclipses mucho más cortos.
Como ya se ha dicho, los macro-efectos de tales eclipses serían relativamente insignificantes, sí, globalmente un poco más fríos con un período de calentamiento, pero no mucho más, etc.
Pero el efecto más interesante, para mí, está en una escala más micro, y son los cambios en el viento. En la Tierra, incluso en un eclipse lunar parcial relativamente insignificante (en comparación con un eclipse de planeta completo detrás de un gigante gaseoso), hay cambios notables en los vientos, he sentido estos cambios personalmente, y es una sensación extraña y espeluznante. La forma que adopten estos cambios dependería de la región de la luna, los vientos predominantes, los efectos de Coriolis y mucho más. Lo que sentí durante el eclipse lunar fue primero un enfriamiento del viento (no solo de la temperatura ambiente, sino del propio viento), seguido de un cambio inusual en la dirección del viento (muy alejado de los vientos predominantes normales en el área), luego el el viento se volvió constante (en lugar de racheado), y luego comenzó a disminuir constantemente.
Para un eclipse a escala planetaria, esperaría tendencias similares en general. Aunque el reinicio del viento podría ser bastante drástico cuando el "sol" vuelva a salir después. Me imagino que las áreas terrestres de baja elevación sentirían que el viento casi se extingue por completo, muy rápidamente, y se enfriarían. Las elevaciones más altas y los océanos podrían sentir un cambio más gradual, debido a factores como las corrientes en chorro y la falta de obstrucciones, respectivamente. Las áreas con vientos predominantes normalmente fuertes pueden sentir que las ráfagas se alinean con corrientes en chorro o vientos impulsados por Coriolis, y se asientan en brisas lentas, frías y constantes.
Cuando regrese el calor, comenzará en un solo borde de la luna, provocando una corriente ascendente masiva allí, y los principales vientos horizontales se moverán hacia él para llenar el espacio recientemente desocupado por el aire ascendente. Esto podría incluso ser lo suficientemente drástico como para causar una corriente descendente complementaria en el lado nocturno de la luna, pero al menos causaría un anillo de corrientes descendentes alrededor de las áreas crepusculares del planeta, todo lo cual eventualmente podría asentarse (¿días? ?) en cualquiera que sea el equivalente de las corrientes en chorro y los vientos de Coriolis 'normales' para esta luna. O el ciclo de calma y caos podría ser tan "normal" como parece.
Thriggle