Plausibilidad de atmósferas dominadas por helio en súper-Tierras

He estado usando mucho este útil diagrama para la construcción de mundos.

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Ahora llegué a pensar en el hecho de que el helio es más masivo que el hidrógeno, por lo tanto, un escenario en el que el hidrógeno escapa, pero el helio se retiene, es concebible y sugerido por el diagrama. Dado que esta línea de retención de helio pero escape de hidrógeno se encuentra entre los gigantes de hielo y los planetas terrestres, las supertierras vienen a la mente como candidatos plausibles para tales atmósferas. Después de todo, una súper Tierra podría ser un mini-gigante de hielo o un enorme planeta terrestre. Por lo tanto, diseñé los dos escenarios siguientes y me gustaría que los criticara en cuanto a su plausibilidad. Si tienes alguna idea adicional sobre estos mundos, también me encantaría escucharla. Esta pregunta y esta respuesta espacialmenteYa proporcionó información interesante sobre las condiciones en un planeta con una atmósfera de helio.

Húmedo

Como un gigante de hielo de baja masa/mini-Neptuno/súper-tierra de envoltura gruesa (ca. 8,5 Me) Wet se formó fuera de la línea de congelación y migró hacia adentro, donde se calentó lo suficiente como para que su envoltura de hidrógeno escapara (ca. .230K). De acuerdo con mis cálculos de la parte posterior del sobre, se debe conservar un sobre de helio de más del 95 % de aproximadamente 0,2 Me. Esta configuración suena bastante similar a los gigantes de hielo de Sol, por lo que se debe esperar una estructura interna similar; un mundo oceánico estereopalagico con un océano de HO2, CH4 y NH3, que se solidifica en las profundidades en exóticos hielos.

Seco

Dry es una supertierra rocosa que se formó dentro del límite de las heladas con un núcleo sustancial de hierro (ca. 2 Me, ca. 1 Re). Al igual que la Tierra, acumuló una envoltura primordial de hidrógeno y helio, pero a diferencia de la Tierra, solo perdió el hidrógeno y una pequeña fracción del helio cuando su estrella madre se encendió. Supongo que el rango de presión plausible de tal planeta podría subir a 1000 atm de helio (me lo estoy sacando de un sombrero, ¿cuál sería una cifra plausible?), Sin embargo, Dry es una persecución moderada ya que los 400 K calientes El planeta perdió una fracción significativa del helio durante un gran impacto. Así, la atmósfera de Dry contiene 5 atm de He y 1,6 atm de N2. Parece sorprendentemente parecido a la tierra aparte del helio.

Nuevamente, ¿son plausibles estos escenarios de atmósferas de helio o hay problemas que me perdí?

EDIT1: Se ha señalado que la existencia de una atmósfera primordial de hidrógeno y helio en la tierra no está probada. SECO es posiblemente imposible.

¿Te has encontrado con la frase "enano de gas" antes? Ver también Kepler 138d para un planeta que parece tener una densidad sorprendentemente baja dado su tamaño.
@StarfishPrime Tengo, pero no me refiero a unos pocos planetas del tamaño de la masa terrestre hechos casi exclusivamente de hidrógeno que se encuentran en los límites exteriores de un sistema solar.
@MorrisTheCat Bastante interesante y relativamente en línea con mis pensamientos. Suena como un escenario para WET si tuviera que migrar más hacia adentro. Los detalles sobre el desarrollo de la atmósfera son exactamente lo que estoy buscando.
No, simplemente un mundo de baja densidad entre la masa de la Tierra y Neptuno (más o menos un poco, ver Kepler 138d, etc.). No se especifica el radio orbital.
Me está costando encontrar Buenas Matemáticas sobre este tema, pero mi PENSAMIENTO es que su escenario Seco requerirá más masa que eso. EDITAR: Oh, oye, esto podría ayudar: astronomy.stackexchange.com/questions/21211/…
@MorrisTheCat El enlace habla sobre la descomposición radiactiva que crea una atmósfera de helio. Eso no es lo que estoy buscando. Es indiscutible que incluso la Tierra solía tener una atmósfera de H2/He. Sin embargo, es posible que tengas razón sobre la masa.
@TheDyingOfLight "indiscutible que incluso la Tierra solía tener una atmósfera H2/He" ??? ¿Está usted seguro de eso? Donde se formó la Tierra, casi no había helio y el poco hidrógeno que había estaba en forma de hielo congelado. No creo que sea una afirmación precisa.
@userLTK Ahora aquí hay una historia divertida. Wikipedia afirma que la primera atmósfera consistió en material nebular solar, así como todos los demás sitios web que tratan sobre la evolución de la atmósfera de la Tierra. Pero cuando revisé el artículo que cita Wikipedia, dice que no hay evidencia de una atmósfera tan temprana... tienes razón.
Claramente, si todos los demás gases se congelan (o al menos se licuan), esa es la forma "fácil" de tener una atmósfera que sea principalmente He.
Retener a Él es una cosa, pero realmente capturarlo en primer lugar es completamente otra. Sugiero lo siguiente: arxiv.org/abs/1401.2765 adsabs.harvard.edu/abs/2018A%26ARv..26....2L
@Arkenstein Gracias por los papeles
No soy un experto, pero ¿no podría pasar a través de una nube de gas / nebulosa permitir que un mundo similar a la Tierra capture una gran cantidad de helio como atmósfera? Quizás incluso después de haber sido despojado de su propia atmósfera. Supongo que el problema aquí es que pasar a través de una nube de gas como esta alimentaría a la estrella y haría que ardiera más, por lo que podría eliminar más atmósfera. Sin embargo, la pregunta es: ¿quieres que se desarrolle vida en tu mundo?
¿Habrá otros componentes en la atmósfera? ¿Qué pasa con la temperatura planetaria promedio? La composición y la densidad juegan un papel importante en esto.
Mi pregunta es por qué esto no puede suceder que se forme muy raramente, como por qué no puede ser que un gigante gaseoso, uno de un billón de quintillones, tenga una atmósfera dominada por helio.
@MichaelH. Estas cosas pueden ser como sea que se desarrollen. Esta pregunta no se trata de las condiciones específicas en un planeta con una atmósfera dominada por helio, se trata de la plausibilidad de un camino en la evolución planetaria que conduzca a tal configuración. Como señalé que las supertierras son candidatas decentes para una configuración de helio, su diversidad creará una gran cantidad de condiciones diferentes.
@skout Bueno, ciertamente. Si propone un número casi infinito de intentos, eventualmente ocurrirá incluso el resultado más improbable. No importa que estos gigantes de gas helio se vuelvan más comunes/probables a medida que el universo envejece. Pero estoy buscando la probabilidad de una clase distinta de súper-tierras con atmósfera de helio.

Respuestas (1)

Escarbando en el mare magnum de Internet me he topado con planetas de helio

Un planeta de helio es un planeta con una atmósfera dominada por helio. Esto contrasta con los gigantes gaseosos ordinarios como Júpiter y Saturno, cuyas atmósferas consisten principalmente en hidrógeno, con helio como componente secundario únicamente. Los planetas de helio pueden formarse de diversas formas. Gliese 436 b es un posible planeta de helio.

Se espera que los planetas de helio se distingan de los planetas normales dominados por hidrógeno por la fuerte evidencia de monóxido de carbono y dióxido de carbono en la atmósfera. Debido al agotamiento del hidrógeno, el metano esperado en la atmósfera no puede formarse porque no hay hidrógeno con el que combinarse el carbono y, por lo tanto, el carbono se combina con el oxígeno, formando CO y CO2.

cálida atmósfera de Neptuno

Un posible planeta de helio puede ser Gliese 436 b

Se estima que la temperatura de la superficie del planeta a partir de las mediciones tomadas cuando pasa detrás de la estrella es de 712 K (439 ° C; 822 ° F). Esta temperatura es significativamente más alta de lo que se esperaría si el planeta solo se calentara por la radiación de su estrella, que antes de esta medición se estimó en 520 K. Cualquiera que sea la energía que los efectos de las mareas entregan al planeta, no afecta su temperatura significativamente. Un efecto invernadero podría elevar la temperatura a grados mucho más altos que los 520–620 K previstos.

Sin embargo, cuando el radio se hizo más conocido, el hielo por sí solo no era suficiente para explicarlo. Se necesitaría una capa exterior de hidrógeno y helio de hasta un diez por ciento en masa sobre el hielo para dar cuenta del radio planetario observado. Esto obvia la necesidad de un núcleo de hielo. Alternativamente, el planeta puede ser una supertierra.

En resumen, si el planeta de helio se forma perdiendo hidrógeno, el escenario húmedo es menos plausible: habría muy poco hidrógeno para formar grandes cantidades de agua.

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