Próxima Centauri y planetas bloqueados por mareas

La mejor manera de imaginar un mundo así es con un sistema de coordenadas tal que el polo sur esté siempre mirando hacia el sol, el ecuador esté bloqueado en un crepúsculo permanente y el polo norte esté bloqueado en oscuridad permanente y hielo. Consideremos tres partes del clima: la luz solar, la circulación del aire (que controla la precipitación), la temperatura del aire. Lo más importante que no estamos considerando es la disposición de los continentes, que tendrá un gran efecto en todo.

Luz del sol

Supongamos que la irradiancia solar promedio total es aproximadamente la misma en Próxima b que en la Tierra. En ese caso, el polo sur recibe ~2,5 veces más energía solar que el ecuador en la Tierra, ya que siempre recibe el sol directamente sobre su cabeza. No sé cómo incrustar ecuaciones, pero la matemática en esto es que la incidencia de la luz solar para un solo punto en el ecuador dura 12 horas al día y es una función sinusoidal, comenzando en magnitud 0 en t = 0 unidades de tiempo, alcanzando un máximo de 1 en t=1 unidades de tiempo y volviendo a 0 en t=2 unidades de tiempo. La luz solar total se puede representar como el área de un semicírculo de radio 1, o 1,57 unidades de luz solar. La radiación constante de magnitud 1 durante 4 unidades de tiempo sería 4,0 unidades de luz solar.

A 30 grados del polo sur (o 60 grados sur) el planeta recibe el 87%, a 30 grados sur el 50% y en el ecuador el 0% (también, obviamente, lo mismo en el lado oscuro). Por lo tanto, todo lo que esté por debajo de los ~25 grados al sur recibirá más luz solar que el ecuador en la Tierra, mientras que por encima de ese punto, la luz solar cae rápidamente a cero. Los lugares más soleados de la tierra reciben ~8 kWh/día de luz solar, después de contar las nubes, en la superficie (esos son desiertos en los trópicos). Si ajustamos el polo sur de Próxima b para obtener 10 kWh/m^2/día (que será reducido por las nubes de la selva tropical a más parecido al del ecuador terrestre), entonces 60 grados al sur ve 8,7 kWh/día (equivalente a Valle de la muerte en el verano), 30 grados al sur ve 5 kWh/día (Chicago en el verano o Miami durante todo el año). A 10 grados al sur se obtiene 1. 7 kWh/día (Seattle en invierno) que apenas es suficiente para sustentar la vida vegetal. Entonces, de repente, en el ecuador, la luz del sol cae a cero. Así que hay un corte enorme y repentino en la energía de la luz solar.

El fotoperíodo es la cantidad de tiempo por día que el ambiente está expuesto al sol. Esto es 100% para la mitad interesante del planeta y 0% para la mitad no interesante. Esto tendría efectos significativos en las plantas. Las coles de Alaska pueden crecer enormemente debido a la luz solar constante, y cualquier persona del norte (Minnesota/Nueva Inglaterra) puede dar fe de la explosión de verde que traen los largos días de verano.

Circulación aérea

En la tierra, la Zona de Convergencia Intertropical sigue el punto cenital del sol de un lado a otro entre los dos trópicos con las estaciones. El aire fluye desde ~30 grados al norte y al sur de esta latitud hacia ella, y luego asciende, provocando baja presión y precipitaciones. Dado que el ecuador nunca está demasiado lejos de la ITCZ, casi siempre llueve y, por lo tanto, las selvas tropicales. En Proxima b, el efecto se magnifica por el hecho de que la ZCIT nunca se mueve desde el polo sur, pero el efecto de baja presión se interrumpe un poco ya que en lugar de expandirse a un área mayor a medida que las masas de aire se mueven hacia el ecuador en la tierra, las masas de aire se comprimen en espacios más estrechos cuando convergen en un solo punto en Próxima b. Por otro lado,

Contra el viento, la celda de Hadley traerá altas presiones y lluvias más bajas a 30 grados del polo sur, lo que corresponde a 60 grados al sur de nuestro planeta. Por encima de eso, la celda de Ferrel atraerá los vientos de la superficie desde 60 grados sur hasta 30 grados sur, donde ese aire se elevará y contribuirá a la celda polar (nota: mal nombre en Próxima b, ya que la celda polar en realidad se refiere al ecuador aquí), que absorberá los vientos superficiales desde el ecuador crepuscular hasta los 60 grados sur. La célula de Ferrell, que es débil en la Tierra, probablemente se fortalecerá en Próxima b, ya que la luz solar es constante en las distintas partes del planeta. Sin embargo, los efectos de precipitación de estas celdas no serían estacionales en absoluto, ya que no hay estaciones, por lo que no habrá regímenes de lluvia equivalentes a las sabanas húmedas de verano o los climas mediterráneos húmedos de invierno de la tierra.

Temperatura del aire

La división de Próxima en zonas de circulación tendrá algunos efectos interesantes.

La celda de Hadley recirculará aire tibio/caliente desde 60 grados al sur hasta el polo sur. La compresión (adiabática) a medida que el aire se acerca al punto del polo sur probablemente resultará en temperaturas más altas, por lo que el centro de la selva tropical será aún más caliente de lo esperado. Las selvas tropicales tienen una temperatura anual promedio de alrededor de 26 ° C en la Tierra, por lo que en Próxima b podrían ser más como 32 ° C, la temperatura anual en los desiertos de Djibouti (suposición total, sin matemáticas involucradas).

La celda Ferrell traerá las temperaturas del aire aún cálido/caliente desde 60 grados sur hasta 30 grados sur. La celda polar, por otro lado, traerá aire frío/frígido desde el ecuador hasta los 30 grados sur. Esperaría que esto provoque un grado de temperatura fuerte a 30 grados sur.

Ponlo todo junto

En el polo sur, y a unos 20 grados de latitud (1200 millas/2000 km) hacia el exterior, hay una selva tropical, con nubes constantes, lluvia y calor. En un planeta del tamaño de la Tierra, esta selva tropical sería de ~12 millones de km^2, más grande que China y más del doble del tamaño del Amazonas, suponiendo que estuviera completamente cubierta por tierra. El calor aumentaría hacia el polo sur, de modo que el polo mismo sería insoportablemente cálido y húmedo para un ser humano, o cualquier tipo de criatura de sangre caliente (suponiendo una biología similar a la de la tierra). Este sería un refugio para insectos, reptiles (¡dinosaurios!) y anfibios.

En este punto, los niveles de precipitación caerían constantemente a condiciones áridas en los 60 grados sur. Los árboles harán una transición gradual a árboles de hoja perenne que pueden retener mejor el agua. A medida que el follaje denso se adelgaza, finalmente llegamos a un punto en el que hay suficiente maleza para quemarse periódicamente durante períodos secos de una semana. Luego, los árboles tienen que ser resistentes al fuego y el ecosistema se asemejaría a los bosques espinosos de hoja perenne de la India. El siguiente paso sería un semidesierto cálido como Arizona con sus cactus gigantes y, finalmente, dunas de arena como el Sahara.

Pasar de la zona seca a la húmeda sería similar. Debido a que la energía solar todavía es alta aquí, y los vientos cálidos provienen del cinturón sur de 60 grados, las temperaturas se mantienen altas entre 60 y 30 grados sur. Mencioné que la insolación solar a 30 grados sur era como Chicago en verano o Miami todo el año. Bueno, Chicago en el verano es 24C, y Miami es 25C todo el año. Así que todavía hace mucho calor por aquí. De hecho, esta región sería otra selva tropical, como la tropical, con temperaturas cálidas de humedad constante. Sin embargo, con la luz solar reducida, podría favorecer a los árboles coníferos sobre los de hoja ancha. Una luz solar más baja significa tasas de crecimiento más lentas, lo que podría favorecer a los árboles que pueden crecer más alto. Los árboles más grandes de la tierra son las coníferas.

Después de esto, hay un corte brusco de temperatura a medida que los vientos cálidos se elevan sobre los fríos polares provenientes del norte. Esto suena como una zona muy tormentosa, con fluctuaciones de temperatura de calor a frío a medida que los frentes se mueven de un lado a otro, y tormentas eléctricas masivas. Todavía debe estar húmedo, pero los árboles deben adaptarse a temperaturas bajo cero periódicas.

Luego, por encima de la zona de transición, los vientos no traerían nada más que aire polar congelado y sin humedad. Dado que todavía hay algo de luz solar y es constante, el suelo no debe congelarse incluso si el aire está congelado, y las plantas que pueden crecer en condiciones cercanas al punto de congelación aún pueden prosperar, como los musgos y los líquenes. Esta área sería una tundra siempre verde pero fría con temperaturas que oscilan alrededor del punto de congelación.

Después de cruzar el ecuador, la luz del sol de repente se reduce a nada y la vida cesa. Los mares están congelados y las tierras enterradas en hielo.

Los climas potenciales más fríos para los planetas bloqueados por mareas son los planetas del globo ocular (ver aquí: https://planetplanet.net/2014/10/07/real-life-sci-fi-world-2-the-hot-eyeball-planet/ y aquí: http://nautil.us/blog/forget-earth_likewell-first-find-aliens-on-eyeball-planets )

Hay algunos modelos climáticos para Proxima b que encuentran soluciones Eyeball. Si el planeta está cubierto de agua, estará congelado en el lado oscuro permanente pero con un estanque líquido en la parte del planeta que apunta a la estrella.

Esta simulación es de este documento: http://adsabs.harvard.edu/abs/2016arXiv160806827T

Tenga en cuenta que también existe la posibilidad de que el planeta no esté girando sincrónicamente, sino en resonancia de órbita de giro 3:2, como Mercurio orbitando alrededor del Sol (ver aquí: http://adsabs.harvard.edu/abs/2016arXiv160806813R ). En ese caso, podría haber enormes casquetes polares con agua líquida a lo largo del ecuador.

Vea aquí la explicación y un par de animaciones más: http://nautil.us/blog/our-nearest-star-has-a-planet-and-these-are-the-ways-it-could-be-habitable

O aquí en rima: https://planetplanet.net/2016/08/24/the-eyeball-planet-next-door-a-proxima-poem/

Las adaptaciones genéticas siempre existirán. Y crearán adaptaciones únicas para adaptarse a la situación presentada. Una vez que las enzimas forman vida microbiana en plantas, insectos y animales, ya sea por la necesidad de encontrar fuentes de nutrición o por escapar de ser una fuente de nutrición, se adaptará lenta pero seguramente. Las formas de vida encontrarán métodos únicos para hacer frente a los extremos.
Como vemos en nuestro propio planeta, la vida puede modificarse para manejar los extremos, desde vivir en presiones extremas de los océanos profundos, hasta las temperaturas muy altas de los respiraderos de vapor volcánico y el frío bajo cero de los polos.

El 80% del hábitat de nuestro planeta está por debajo de 5C. La vida microbiana no puede continuar creciendo y prosperando por debajo de -15C.
Pero los mamíferos y las aves pueden, con adaptación, sobrevivir incluso por debajo de -50C (se ha demostrado que el pingüino emperador vive en vientos fríos a este nivel).
Se ha demostrado que una cepa microbiana llamada Cepa 121 sobrevive a +121C.
Se ha demostrado que las hormigas del Sahara pueden vivir en el calor del desierto con temperaturas corporales de +50C moviéndose en el desierto con temperaturas del suelo de +70C