¿Qué pasaría en la superficie de un planeta terrestre capturado por un gigante gaseoso?

TL;DR: aparición de mareas gigantes destruye hábitats costeros, lunas se pierden, probables grandes eventos de vulcanismo con cambio climático asociado.

Extinciones masivas probablemente inevitables.

El bloqueo de marea eventualmente causará un ciclo día-noche enormemente extendido que será ecológicamente apocalíptico. La eventual pérdida de la dínamo geomagnética parece probable que resulte en la pérdida de la atmósfera, dejando un mundo de hielo con vida en las profundidades del océano únicamente.

Sin embargo, mire el lado positivo, mi opinión puede ser pesimista, pero de ninguna manera se garantiza que sea cierta. Como recomendé en su última pregunta, lea esta pregunta y los enlaces de MA Golding para conocer las formas en que una exoluna podría volverse habitable.

---

Dejando de lado la improbabilidad de que un gigante gaseoso que migre hacia adentro capture un pequeño planeta interior (intente ejecutarlo en un simulador de gravedad; el resultado más común de cualquier interacción es "lanzado al espacio profundo"... decepcionante pero cierto) pensemos en el tema de las mareas.

En primer lugar, hablemos de Hill Spheres y los límites de la nueva órbita del mundo de captura.

$$r_H \approx a\sqrt[3]{m \over 3M}$$

dónde$r_H$es el radio de la colina,$m$es la masa del cuerpo en órbita,$M$es la masa del cuerpo orbitado y$a$es el radio de la órbita (supongo que todo es circular, por conveniencia). Para Júpiter que orbita alrededor del Sol a 1 UA, esto termina siendo unos 10 millones de kilómetros. Las órbitas estables solo pueden existir dentro de la mitad a un tercio del radio de Hill.

Supongamos que su Tierra fue capturada en una órbita circular a 5 millones de kilómetros. Su propio radio Hill ahora se reduce a un poco más de medio millón de kilómetros... esto es suficiente para incluir a la Luna, pero la Luna ahora está fuera de ese límite crítico de medio a tercio, y su futuro a largo plazo está ahora en peligro.

Podría suponer razonablemente que en un período de tiempo lo suficientemente largo (digamos, mil millones de años) la Luna se ha ido .

A continuación, hablemos de las fuerzas de las mareas .

Estos son bastante complicados, pero despojados de la mayoría de las complicaciones, terminas con algo que se parece un poco a$F_T \propto {M \over d^3}$, o bien, la fuerza de la fuerza de marea es proporcional a la masa del cuerpo que genera las mareas e inversamente proporcional al cubo de la separación del cuerpo afectado del cuerpo que afecta.

Por lo tanto, la Luna genera una fuerza de marea con una magnitud un poco como ~1.3x10 ⁶ kg/km ³ , mientras que Júpiter ahora generará algo así como 1.5x10 ⁷ kg/km ³ ... eso es un poco más de diez veces mayor.

Las mareas en tu mundo reubicado serán grandes , no te equivoques. Las zonas intermareales se volverán sustancialmente más grandes y esto, a su vez, tendrá todo tipo de efectos interesantes en las cosas que viven en aguas poco profundas. Los ecosistemas costeros complejos completos que vemos en nuestra Tierra, como los bosques de algas marinas , dejarán de existir en las formas con las que estamos familiarizados. Los bosques de manglares son otros que probablemente serán arrasados.

El calentamiento de las mareas también se convertirá en un problema mayor , pero no puedo decir en qué medida o en qué escala de tiempo. Los efectos de las mareas son complicados, y el calentamiento por mareas se entiende mejor en objetos con órbitas excéntricas que ya han tenido su propia rotación bloqueada por mareas (p. ej., Io). Una investigación completa del problema probablemente justifique una buena lectura y comprensión de la disipación de mareas en un cuerpo esférico homogéneo , y no voy a hacer eso hoy ;-) Calentamiento de mareas de exoplanetas similares a la Tierra alrededor de estrellas M: térmica, Evoluciones magnéticas y orbitalessugiere que las altas tasas de calentamiento asociadas con las órbitas excéntricas pueden provocar efectos invernadero desbocados, probablemente esterilizando la biosfera. Dado que ya es algo inverosímil que la Tierra sea capturada en lugar de expulsada, ¡esperar que sea capturada en una órbita circular agradable para evitar un calentamiento excesivo por mareas parece aún menos probable!

Por supuesto, puede agitar esto a mano como mejor le parezca; en última instancia, no es imposible y, por lo que sabemos, ya vivimos en un planeta que es un poco inusual y la galaxia es un lugar grande.

A continuación, bloqueo de marea.

El tiempo para que un cuerpo se bloquee por marea se puede aproximar por

$$T_{lock} \approx {\omega a^6 I Q \over 3Gm_p^2 k_2 r^5}$$ dónde$\omega$es la velocidad de rotación de la Tierra (~2π rad/día),$a$nuevo semieje orbital mayor,$I$es el momento de inercia (que es 0,331 x la masa de la Tierra x el radio de la Tierra al cuadrado),$Q$es la función de disipación,$G$es la constante gravitacional,$m_p$es la masa de Júpiter,$k_2$es el número del Amor de la Tierra y$r$es el radio de la Tierra. Para la Tierra, Q parece ser alrededor de 100 y$k_2$ parece ser alrededor de 0.308

Esto termina con una escala de tiempo del orden de 1.23x10 ⁸ años... ¡eso es bastante rápido!

Ahora, la mayor parte del momento angular del sistema Tierra-Luna está en la Luna, pero ya hemos establecido que la Luna ahora está en una órbita inestable y con toda probabilidad desaparecerá en menos de mil millones de años (posiblemente mucho menos ) . Sin la influencia de las mareas de la Luna que ayuda a que la Tierra vuelva a la velocidad, probablemente también estará bloqueada por mareas con Júpiter en una escala de tiempo del orden de mil millones de años (lo que significa "probablemente no tan rápido como 100 millones de años, pero probablemente más rápido que 10 mil millones de años).

Las enormes mareas disminuirán lentamente y el calentamiento de las mareas disminuirá. Ahora te queda un "día" que tiene más de 72 días de antigüedad. Para el lado que mira a Júpiter, la noche de un mes habrá reflejado la luz de Júpiter brillando sobre él... será frío, pero no oscuro. Para el lado exterior la noche será muy larga y muy fría.

La gran diferencia de temperatura entre el lado diurno y el nocturno generará fuertes vientos... tal vez tormentas continuas, tal vez no, no estoy seguro. Gruesas capas de hielo y nieve se formarán en el lado nocturno, cubriendo todo.

Probablemente, la vida superficial más compleja será destruida en este entorno. Es posible que la vida submarina compleja, como la que se formó alrededor de los fumadores negros , ni siquiera noten el cambio en su situación.

En algún momento, la dínamo geomagnética probablemente también se detendrá. El campo magnético se debilitará enormemente y el viento solar arrasará lentamente la atmósfera, dejando finalmente un mundo helado donde la vida solo puede existir en los océanos más profundos.

El cambio más notable en el que puedo pensar es una consecuencia del muy probable bloqueo de marea en el que incurrirá el planeta similar a la Tierra una vez que orbite al gigante gaseoso: como nuestra luna, desarrollará una protuberancia de marea en el lado que mira al gigante gaseoso.

Esto también significaría que no habría grandes mareas en el planeta, excepto las inducidas por la estrella, pero serían minúsculas con respecto al efecto causado por el gigante gaseoso.

Con mareas menos significativas, también podría resultar más difícil para la vida abandonar los mares y aventurarse en tierra, al menos siguiendo el camino que en la Tierra lleva de los peces a los reptiles y mamíferos.