¿Hay alguna forma plausible de tener un gigante gaseoso con dos o más lunas del tamaño de la Tierra a Marte orbitando en la zona habitable?

Su modelo de migración está en línea con lo que se llama un Júpiter caliente . Una posibilidad es que un planeta similar a Júpiter/Saturno haya migrado hacia adentro perturbando las órbitas de los planetas que ya se habían formado. Con el tiempo, dos de estos planetas terminaron siendo capturados por el caliente Júpiter, convirtiéndose en lunas. Las lunas capturadas no son infrecuentes (ver la luna de Neptuno, Tritón).

Además, una luna del tamaño de la Tierra alrededor de Júpiter es perfectamente razonable. Nuestra luna tiene aproximadamente el 1% de la masa de la Tierra y la Tierra tiene solo el 0,3% de la masa de Júpiter.

RESPUESTA CORTA:

Nadie lo sabe con certeza, pero algunos cálculos indican que sería posible que un planeta gigante gaseoso tuviera al menos dos y posiblemente hasta cuatro lunas grandes y potencialmente habitables orbitando a la distancia adecuada del planeta.

Mi respuesta larga debajo de mi respuesta original, agregada el 8 de mayo de 2020, entra en detalles sobre la pregunta.

Debe usar la función de búsqueda en la parte superior de la página y buscar otras preguntas sobre lunas habitables de planetas gigantes.

Yo mismo he respondido a varias de esas preguntas.

Entre las fuentes útiles se encuentran:

Stephen H. Dole, en Planetas habitables habitables para el hombre (1964,2007)

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

Heller, René; Rory Barnes (2012). "Habitabilidad de Exomoon limitada por la iluminación y el calentamiento de las mareas". Astrobiología. 13 (1): 18–46.

https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1209/1209.5323.pdf 2

Y:

Heller, René (septiembre de 2013). "Protección magnética de exolunas más allá del borde habitable circunplanetario". Las cartas del diario astrofísico. 776 (2): L33.

https://arxiv.org/pdf/1309.0811.pdf 3

Escribí una respuesta larga a esta pregunta:

¿Qué tipos de flora florecerían en una luna bloqueada por mareas? 2

Allí analizo algunos de los diversos límites de hipotéticas exolunas habitables de exoplanetas.

RESPUESTA LARGA añadida el 8 de mayo de 2020:

En el blog de PlanetPlanet, la sección Ultimate Solar system tiene publicaciones sobre el diseño de sistemas solares ficticios con tantos mundos habitables como sea posible.

La serie Building the Ultimate Solar System explica cómo haría para construir un nuevo Sistema Solar. Mi objetivo es maximizar el número de mundos potencialmente portadores de vida en un solo sistema. Tomo un enfoque de abajo hacia arriba. Primero discuto las piezas involucradas (estrellas, planetas, órbitas) y luego las pongo todas juntas. Luego llevo las cosas más lejos, y luego demasiado lejos...

https://planetplanet.net/el-ultimo-sistema-solar/ 5

Esos sistemas solares ficticios a veces incluyen sistemas solares con planetas gigantes en la zona habitable y lunas habitables del tamaño de la Tierra que orbitan alrededor de esos planetas.

Discute cuántas lunas grandes y habitables podría tener un planeta gigante gaseoso:

Las lunas más grandes del Sistema Solar orbitan alrededor de los planetas más grandes (Júpiter y Saturno). Los sistemas de lunas se forman como mini-sistemas solares, en discos de gas y polvo alrededor de planetas gigantes gaseosos. [De hecho, las grandes lunas del Sistema Solar tienen algunas propiedades en común con los planetas extrasolares]. Las lunas se encuentran muy cerca de los gigantes gaseosos. Las órbitas de las lunas grandes más distantes son solo unas 30 veces más grandes que el radio de su planeta anfitrión. En comparación, la órbita de la Tierra es unas 200 veces más grande que el radio del Sol.

Queremos mundos en nuestro último Sistema Solar que sean un poco más grandes que estas grandes lunas. Queremos mundos de aproximadamente la mitad o el doble del tamaño de la Tierra. Aunque existe cierto debate, voy a permitir que cualquier gigante gaseoso del tamaño de Saturno o más grande tenga lunas grandes.

En el Sistema Solar, Júpiter tiene la mayor cantidad (cuatro). Dado lo cerca que se encuentran las lunas del Sistema Solar, es probable que las lunas grandes permanezcan cerca. Pero, ¿cuántas lunas grandes podría tener un gigante gaseoso? Bueno, al menos tantos como Júpiter (cuatro). Pero probablemente no tantos más. Las órbitas de los planetas y las lunas tienden a estar espaciadas logarítmicamente. Piensa, 1, 10, 100, 1000 en lugar de 10, 20, 30, 40. Cuanto más lejos de la estrella/planeta, más grandes son los espacios entre planetas/lunas. Si la zona con lunas grandes se extiende de 5 a 50 veces el radio del planeta, esto solo nos da espacio para 5 lunas grandes espaciadas como la de Júpiter. Nos quedaremos con un máximo de 5 lunas grandes por planeta gigante gaseoso.

https://planetplanet.net/2014/05/22/building-the-ultimate-solar-system-part-4-two-ninja-moves-moons-and-co-orbital-planets/ 6

Así que piensa que es posible que un planeta gigante tenga hasta 5 lunas grandes con alrededor de 0,5 a 2,0 veces la masa de la Tierra.

Pero tiene un enlace a "algún debate" sobre lunas masivas, un artículo que calcula que los satélites de masa de la Luna a Marte serían los más masivos que probablemente se formarían alrededor de planetas gigantes, que no serían lo suficientemente masivos como para ser habitables.

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2006Natur.441..834C/abstract 7

Observo que los planetas gigantes de nuestro sistema solar tienen las siguientes masas: Júpiter 317,8 masa terrestre, Saturno 95,2 masa terrestre, Urano 14,6 masa terrestre y Neptuno 17,2 masa terrestre.

Ganímedes, la luna más masiva de Júpiter, tiene una masa de 0,0248 de la masa terrestre o 0,000078 de la masa de Júpiter; Titán, la luna más masiva de Saturno tiene una masa de 0,0225 de la masa de la Tierra o 0,0002363 de la masa de Saturno; Titania, la luna más masiva de Urano tiene una masa de 0.00059 la masa de la Tierra o 0.0000404 la masa de Urano; Tritón, la luna más masiva de Neptuno tiene una masa de 0,003599 de la masa de la Tierra o 0,0002092 de la masa de Neptuno.

Observo que la Luna tiene 0,0123 de la masa de su planeta, la Tierra, y Caronte, la luna más grande del planeta enano Plutón, tiene una masa de 0,1218 de la masa de Plutón. Se cree que la Luna se formó cuando un pequeño planeta chocó con la Tierra hace miles de millones de años, y es posible que Plutón y Caronte se capturaran entre sí, mientras que se cree que Tritón fue capturado por Neptuno.

Dado que todavía no se han descubierto exolunas en otros sistemas estelares, se cree que Titán es la luna de formación normal con la mayor masa en relación con su planeta gigante primario con una masa de 0,0002363 de la masa de Saturno, o 0,2363 por ciento.

Júpiter tiene cuatro lunas grandes, con masas de 0,015 de la Tierra o de 0,0000471 de Júpiter (Io), 0,008035 de la Tierra o 0,0000252 de Júpiter (Europa), 0,0248 de la Tierra o 0,000078 de Júpiter (Ganímedes), y 0,018 de la Tierra o 0,0000566 de Júpiter ( Calisto).

Entonces, entre las lunas que se formaron normalmente en discos circunplanetarios, Júpiter tiene cuatro lunas que tienen cada una al menos 0,0000252 de su masa, incluidas dos que tienen cada una al menos 0,0000566 de su masa, mientras que Saturno tiene una luna con 0,0002363 de su masa.

Los planetas pueden volverse mucho más masivos que Júpiter, aunque normalmente no serán mucho más grandes que Júpiter, ya que los planetas más masivos se comprimirán más por su gravedad y se volverán más densos que Júpiter.

Los planetas más masivos serían unas 13 veces más masivos que Júpiter, o unas 4.131,4 veces más masivos que la Tierra. Los objetos más masivos serían las enanas marrones, de hasta 75 a 80 veces la masa de Júpiter, o alrededor de 23 835 veces la masa de la Tierra.

Utilizando los ejemplos de nuestro sistema solar como límite, el planeta más masivo posible, con unas 13 masas de Júpiter o 4.131,4 masas terrestres, podría tener cuatro lunas cada una de al menos 0,0000252 de su masa o 0,1041 de la masa de la Tierra, o dos lunas con al menos 0,0000252 masas cada una. menos 0,0000566 de su masa o 0,2338 de la masa de la Tierra, o una luna con 0,0002363 de su masa o 0,9762 de la masa de la Tierra.

Usando los ejemplos de nuestro sistema solar como límite, la enana marrón más masiva posible, con 75 a 80 masas de Júpiter o 23 835 a 25 424 masas terrestres, podría tener cuatro satélites que tengan cada uno al menos 0,0000252 de su masa, o 0,6006 a 0,6406 masas terrestres. masa, y/o dos que tengan cada uno al menos 0,0000566 de su masa, o 1,3490 a 1,4389 la masa de la Tierra, y/o un satélite con 0,0002363 de su masa, o 5,6322 a 6,0076 la masa de la Tierra.

Entonces, usando las proporciones de masa conocidas de planetas gigantes a lunas en nuestro sistema solar como guía, tendría que ser el planeta más masivo posible o una enana marrón para tener lunas cerca de la masa de la Tierra que se formó en el disco circunplanetario de ese planeta.

Por supuesto, es posible que incluso Titán no tenga la relación de masa más grande posible entre una luna que se forma en el disco planetario y su planeta gigante primario. a su

Una de las fuentes que enumeré anteriormente:

Heller, René; Rory Barnes (2012). "Habitabilidad de Exomoon limitada por la iluminación y el calentamiento de las mareas". Astrobiología. 13 (1): 18–46.

https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1209/1209.5323.pdf 2

discute si los exoplanetas gigantes podrían tener exolunas lo suficientemente masivas para ser habitables en la sección 2.1, Formación de satélites masivos.

La luna más grande y masiva del Sistema Solar, Ganímedes, tiene un radio de solo ≈0,4R⊕ (siendo R⊕ el radio de la Tierra) y una masa de ≈0,025M⊕. La cuestión de si podrían haberse formado lunas mucho más masivas alrededor de planetas extrasolares es un área activa de investigación. Canup y Ward (2006) han demostrado que las lunas formadas en el disco circunplanetario de planetas gigantes tienen masas ≲10-4 veces la masa del planeta. Suponiendo que los satélites se hayan formado alrededor de Kepler-22b, sus masas serán de 2,5 × 10-3 M⊕ como máximo, y alrededor de KOI211.01 seguirán pesando menos que la Luna de la Tierra. La formación in situ de masa restringida se vuelve crítica para las exolunas alrededor de planetas en el IHZ de estrellas de baja masa debido a la falta de observación de tales planetas gigantes. Un excelente estudio sobre la formación de los sistemas de satélites de Júpiter y Saturno es realizado por Sasaki et al. (2010), quienes demostraron que las lunas de tamaños similares a Io, Europa, Ganímedes, Calisto y Titán deberían acumularse alrededor de la mayoría de los gigantes gaseosos. Es más, según su Fig. 5 y la comunicación privada con Takanori Sasaki, es posible la formación de lunas con la masa de Marte o incluso de la Tierra alrededor de planetas gigantes. Dependiendo de si un planeta acumula o no suficiente masa para abrir una brecha en el disco protoestelar, es probable que estos sistemas de satélites sean múltiples y resonantes (como en el caso de Júpiter), o contengan solo una luna principal (ver Saturno). Ogihara e Ida (2012) ampliaron estos estudios para explicar el gradiente de composición de los satélites jovianos. Sus resultados explican por qué las lunas ricas en agua están más lejos de su planeta anfitrión gigante e implican que la captura en resonancias orbitales 2:1 debería ser común. Las formas de sortear el callejón sin salida de la masa satelital insuficiente son la captura gravitatoria de lunas masivas (Debes & Sigurdsson 2007; Porter & Grundy 2011; Quarles et al. 2012), que parece haber funcionado para Tritón alrededor de Neptuno (Goldreich et al. 1989; Agnor y Hamilton 2006); la captura de troyanos (Eberle et al. 2011); arrastre de gas en envolturas circumplanetarias primordiales (Pollack et al. 1979); captura desplegable que atrapa satélites o cuerpos temporales cerca de los puntos de Lagrange en órbitas estables (Heppenheimer & Porco 1977; Jewitt & Haghighipour 2007); la coalescencia de las lunas (Mosqueira & Estrada 2003); e impactos en los planetas terrestres (Canup 2004; Withers & Barnes 2010; Elser et al. 2011). Tales lunas corresponderían a los satélites irregulares del Sistema Solar, a diferencia de los satélites regulares que se forman in situ. Los satélites irregulares a menudo siguen órbitas distantes, inclinadas y, a menudo, excéntricas o incluso retrógradas alrededor de su planeta (Carruba et al. 2002). Por ahora, asumimos que existen lunas extrasolares con la masa de la Tierra, ya sean regulares o irregulares.

Entonces, en 2012 hubo varios estudios teóricos que indicaban que los planetas gigantes podrían formar o adquirir satélites naturales más masivos que el tamaño de la Luna, posiblemente incluso del tamaño de la Tierra o mucho más grandes.

Volviendo a la discusión de PlanetPlanet sobre exolunas grandes, de aproximadamente la masa de la Tierra, que orbitan exoplanetas gigantes gaseosos, dice:

Si la zona con lunas grandes se extiende de 5 a 50 veces el radio del planeta, esto solo nos da espacio para 5 lunas grandes espaciadas como la de Júpiter. Nos quedaremos con un máximo de 5 lunas grandes por planeta gigante gaseoso.

Pero una de las fuentes que enumeré anteriormente:

Heller, René (septiembre de 2013). "Protección magnética de exolunas más allá del borde habitable circunplanetario". Las cartas del diario astrofísico. 776 (2): L33.

https://arxiv.org/pdf/1309.0811.pdf 3

Analiza lo que podría llamarse la zona habitable circunplanetaria, donde hipotéticas exolunas gigantes estarían orbitando a la distancia adecuada del planeta para estar protegidas de las partículas cargadas por el campo magnético planetario.

Heller concluye que las exolunas gigantes podrían ser habitables si orbitan dentro de un rango de 5 a 20 radios planetarios del planeta. Ese es un rango mucho más estrecho que 5 a 50 radios planetarios del planeta, solo un tercio de ancho.

Neptuno tiene un radio ecuatorial de unos 24.760 kilómetros, por lo que tendría una zona habitable circunplanetaria entre unos 123.800 y 495.500 kilómetros. Solo una luna, la gran Tritón, orbita dentro de esa zona.

Urano tiene un radio ecuatorial de unos 25.560 kilómetros, por lo que tendría una zona habitable circunplanetaria entre unos 127.800 y 511.200 kilómetros. Tiene cuatro lunas, Miranda, Ariel, Umbriel y Titania, en cuatro órbitas separadas dentro de esa zona.

Saturno tiene un radio ecuatorial de unos 60.268 Kilómetros, por lo que tendría una zona habitable circunplanetaria entre unos 301.340 a 1.205.360 kilómetros. Saturno tiene cuatro lunas dentro de esa zona, Dione, Helene, Polydeuces y Rhea, pero en solo dos obits, ya que Helene y Polydeuces están en órbitas troyanas en relación con Dione.

Júpiter tiene un radio ecuatorial de unos 71.492 kilómetros, por lo que tendría una zona habitable circunplanetaria entre unos 357.460 a 1.429.840 kilómetros. Júpiter tiene tres lunas, Io, Europa y Ganímedes, que orbitan dentro de esa zona.

Por lo tanto, si los cálculos de Heller son correctos, los planetas gigantes de nuestro sistema solar tienen una, dos, tres y cuatro órbitas de satélite dentro de sus respectivas zonas habitables circunplanetarias. Por lo tanto, parece plausible que un planeta del tamaño de Saturno tenga dos lunas grandes y potencialmente habitables orbitando dentro de su zona habitable circunplanetaria.

Un poco tarde para la fiesta, pero pensé que esto podría ayudar. Hace muchos años, obtuve esta maravillosa aplicación en mi iPad llamada Exoplanet , que enumera todos los exoplanetas encontrados hasta ahora, junto con sus características físicas conocidas. Filtré esta lista para incluir solo planetas en la zona habitable y la ordené por tamaño. Tiene literalmente cientos de planetas del tamaño de Saturno o más grandes en zonas habitables. Aquí está la primera página:

Dado que la luna más grande de Saturno, Titán, es más grande que la luna de la Tierra y que Saturno es muchas veces más grande que la Tierra, me parece claro que un planeta de Saturno (o tal vez del tamaño de Júpiter) podría tener al menos una sola luna tan grande como la tierra. Para múltiples lunas de ese tamaño es menos claro, pero un planeta que tenía, digamos, tres veces la masa de Júpiter podría tener muy razonablemente dos lunas del tamaño de la Tierra. (Y hay muchos de ellos en esta lista para elegir)

Descubrí que Upsilon Andromadae A d es un ejemplo particularmente interesante y, a solo 43,9 años luz de la Tierra, podría imaginarse de manera realista que podríamos llegar allí algún día.

en el mundo real, los humanos viviendo en la luna de un gigante gaseoso tan grande como Júpiter, es una posibilidad remota. Hay muchas limitaciones.

1. las lunas tienen su órbita elíptica, lo que provoca que haya fuertes terremotos en la superficie

2. una luna cercana a un cuerpo como Saturno probablemente estará bloqueada por mareas y esto puede reducir las posibilidades de vida.

3. la órbita alrededor de un planeta tan grande tomará mucho tiempo y permanecerá bloqueado del sol por un tiempo tranquilo antes de que vuelva a emerger.

4. ¿Será rico en minerales?

así que todo lo que quiero decir es que, con una buena tecnología, la vida es posible, pero será imposible sin ella.