Lunas gaseosas: ¿Son posibles?

Esta página explica por qué los planetas y las lunas tienen las atmósferas que tienen.

http://abyss.uoregon.edu/~js/ast121/lectures/lec14.html

Combinando las variables de velocidad de escape (masa, radio del planeta) y temperatura de la superficie (distancia al Sol más los efectos del calentamiento de la atmósfera) produce el siguiente diagrama. Para los elementos clave, se dibujan líneas para mostrar por dónde escapa el elemento del planeta. Si un planeta está por debajo de esa línea, ese elemento escapará.

Todos los planetas comienzan con todos los gases. Planeta más grande = mayor velocidad de escape por lo que retienen más gases. Molécula de gas más pequeña = mayor velocidad y estas moléculas escapan más fácilmente. Más caliente = mayor velocidad y las moléculas calientes escapan más fácilmente.

La Tierra y Venus tienen casi el mismo tamaño (y, por lo tanto, la misma velocidad de escape), pero debido a que Venus es más caliente, las moléculas de agua se movieron lo suficientemente rápido como para escapar de Venus y Venus perdió su agua. Tritón es mucho más pequeño que la Tierra pero también mucho más frío, por lo que las moléculas de agua fría no pudieron escapar. Tritón mantuvo su agua.

Lo que pasa con el hidrógeno y el helio es que se mueven tan rápido que tienes que ser enorme para aferrarte a ellos. O extremadamente frío. En un planeta con masa terrestre, la temperatura de Tritón estaría por encima de las líneas de hidrógeno y helio, por lo que mantendría ambos.

Las lunas más pequeñas conocidas en el sistema solar son muy pequeñas en comparación con sus planetas.

Por ejemplo, una luna de un kilómetro de diámetro podría orbitar un gigante gaseoso cuyo núcleo rocoso, sin contar las gruesas capas de la atmósfera, tiene 10.000 kilómetros de diámetro y, por lo tanto, tiene un volumen y una masa 1.000.000.000.000 veces mayor que la luna.

De hecho, si esta lista se ordena por radio, siete lunas de Júpiter tienen radios de aproximadamente 0,5 kilómetros y, por lo tanto, diámetros de aproximadamente 1 kilómetro, y dos lunas de Saturno tienen radios de aproximadamente 0,15 y 0,33 kilómetros y, por lo tanto, diámetros de aproximadamente 0,30 y 0,66. kilómetro.

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_natural_satellites[1]

En la actualidad hay 202 satélites conocidos de los cuatro planetas gigantes.

Algunos de ellos deberían tener menos de una billonésima parte de la masa de los núcleos rocosos de los planetas que orbitan, por no hablar de la masa total de sus planetas.

Júpiter tiene una masa de 318 Tierras, Saturno tiene una masa de 95 Tierras, Urano tiene una masa de 14,5 Tierras y Neptuno tiene una masa de 17 Tierras. El límite de masa inferior aproximado para una enana marrón es unas 13 veces la masa de Júpiter y, por lo tanto, unas 4134 veces la masa de la Tierra. Pero esa es una aproximación muy aproximada.

Ganímedes, la luna más masiva de Júpiter, tiene una masa de 0,0248 la Tierra, 0,0000779 la de Júpiter; Titán, la luna más masiva de Saturno, tiene una masa de 0,0225 la de la Tierra, 0,0002368 la de Saturno; Titania, la luna más masiva de Urano, tiene una masa de 0,00059 la Tierra, 0,0000406 la de Urano; y Tritón, la luna más masiva de Neptuno, tiene una masa de 0,003599 la Tierra, 0,0002177 la de Neptuno.

Los astrónomos planetarios dividen los planetas terrestres de los planetas gaseosos por el radio y no por la masa, por lo que un planeta de la misma masa podría ser un planeta terrestre o un planeta gaseoso dependiendo de cuánta atmósfera tenga.

Una enana gaseosa es un planeta gaseoso con un núcleo rocoso que ha acumulado una gruesa envoltura de hidrógeno, helio y otros volátiles, lo que da como resultado un radio total de entre 1,7 y 3,9 radios terrestres (1,7–3,9 R⊕). El término se utiliza en un régimen de clasificación de tres niveles basado en la metalicidad para exoplanetas de período corto, que también incluye los planetas rocosos similares a la Tierra con menos de 1,7 R⊕ y planetas con más de 3,9 R⊕, a saber, gigantes de hielo y gas. gigantes 2

Los estudios teóricos de tales planetas se basan libremente en el conocimiento sobre Urano y Neptuno. Sin una atmósfera espesa, se clasificaría como un planeta oceánico. 3 Una línea divisoria estimada entre un planeta rocoso y un planeta gaseoso es de alrededor de 1,6-2,0 radios terrestres.[4][5] Los planetas con radios más grandes y masas medidas son en su mayoría de baja densidad y requieren una atmósfera extendida para explicar simultáneamente sus masas y radios, y las observaciones muestran que los planetas más grandes que aproximadamente 1,6 radios terrestres (y más masivos que aproximadamente 6 masas terrestres) contienen cantidades significativas de volátiles o gas H-He, probablemente adquiridas durante la formación. 6Dichos planetas parecen tener una diversidad de composiciones que no está bien explicada por una única relación masa-radio como la que se encuentra en los planetas rocosos más densos.[7][8][9] Otros estudios confirman resultados similares.[10][11][12] En cuanto a la masa, el límite inferior puede variar ampliamente para diferentes planetas según sus composiciones; la masa divisoria puede variar desde tan solo uno hasta 20 M⊕.

https://en.wikipedia.org/wiki/Mini-Neptuno[2]

Parece que los planetas enanos gaseosos menos masivos podrían tener masas similares a la de la Tierra.

Entonces, si una luna gaseosa con la masa de un planeta enano gaseoso fuera suficiente, es posible que una luna tan masiva como la Tierra a veces sea gaseosa.

Si el límite entre un planeta gigante gaseoso y una enana marrón es de unas 13 masas de Júpiter o unas 4134 masas terrestres, si un planeta gaseoso en el borde con unas 4134 masas terrestres tuviera la luna más masiva con la relación de masas Urano-Titania, esa luna tendría una masa 0.167 masa terrestre.

Si un planeta gaseoso con una masa de 4.134 masas terrestres tiene una luna más grande con la relación de masas Júpiter-Ganímedes, esa luna tendría una masa de 0,322 masas terrestres.

Si un planeta gaseoso con una masa de 4134 masas terrestres tiene una luna más grande con la relación de masas Neptuno-Tritón, esa luna tendría una masa de 0,8999 masa terrestre.

Si un planeta gaseoso con una masa de 4.134 masas terrestres tiene una luna más grande con la proporción de masas de Saturno-Titán, tendría una masa de 0,978 masa terrestre.

Entonces, siguiendo los ejemplos en nuestro sistema solar, debería ser posible que algunos de los planetas gigantes más masivos en el borde con enanas marrones tengan lunas tan masivas como el planeta Tierra, y es posible que objetos no más masivos que La Tierra a veces se convierte en enana gaseosa.

Pero considere el ejemplo de la Tierra y la Luna. La luna tiene una masa de 0.0123 masa terrestre. Si un planeta gigante en la frontera con enanas marrones con una masa de 4134 Tierras tuviera una luna con esa relación de masa, esa luna tendría una masa de 50,848 Tierras.

Por supuesto, se cree que la luna se formó a partir de un anillo de escombros después de que otro planeta chocara con la Tierra, y tal origen para una luna de un planeta gigante podría dejar a esa luna sin gas.

Plutón tiene una masa de 0,0022 la Tierra, y su luna más grande, Caronte, tiene una masa de 0,00025 la Tierra, una relación de masa de aproximadamente 0,1136. Si un planeta gigante en la frontera con enanas marrones con una masa de 4134 Tierras tuviera una luna con esa relación de masa, esa luna tendría una masa de 469,772 Tierras.

Por supuesto, también se cree que Plutón y Caronte se formaron a partir de un impacto.

En este momento, las exlunas están cerca de los límites de detección y no se han confirmado exolunas propuestas.

La mayoría de las candidatas a exoluna hasta ahora son probablemente más masivas que la Tierra, por lo que podrían considerarse supertierras, enanas gaseosas, gigantes de hielo o gigantes gaseosas.

https://en.wikipedia.org/wiki/Exomoon#List[3]

Y si alguna vez se confirman lunas de la masa de la Tierra u objetos en órbita más grandes que se confirma que son planetas en lugar de enanas marrones, se mostrará que las proporciones de masa de planeta a luna en nuestro sistema solar son valores medios en lugar de valores extremos.

Observo que Titán, la luna más grande de Saturno, tiene una masa de 0,0225 Tierra, entre Calisto y Ganímedes, las lunas más grandes de Júpiter, con masas de 0,018 y 0,248 Tierra respectivamente.

Sus velocidades de escape son Calisto 2,440 kilómetros por segundo, Titán 2,639 kilómetros por segundo y Ganímedes 2,741 kilómetros por segundo.

Dado que Titán está más lejos del Sol y es más frío, debería tener una capacidad ligeramente mejor para retener una atmósfera que Calisto y Ganímedes.

Pero la atmósfera de Titán es literalmente miles de millones de veces más densa y tiene literalmente miles de millones de veces la masa total que las atmósferas de Calisto y Ganímedes. Y las razones de esa diferencia no se conocen que yo sepa.

Entonces, si dos exolunas con masa idéntica orbitan exoplanetas gigantes y reciben la misma cantidad de radiación de sus estrellas, una podría ser básicamente una roca sin aire y otra podría tener una atmósfera muchas veces más densa que la de la Tierra y tal vez contar como una enana gaseosa, dependiendo de varios factores.