Estoy pensando en un planeta que orbita alrededor de una estrella cercana colonizada por colonos humanos en algún momento en un futuro no cercano, pero no muy lejano. ¿Qué tan pequeño podría ser un planeta mientras se mantiene como un sustituto relativamente cercano a la Tierra? Supongamos que la atmósfera, el clima y la gravedad serían muy similares a los de la Tierra. ¿Es realmente posible que un planeta del tamaño de la mitad de la Tierra tenga estas cualidades, o incluso más pequeño?
Aquí hay una ecuación útil si desea encontrar el radio de un planeta con la misma gravedad superficial que la Tierra (o cerca de ella), pero con una densidad diferente. Si desea cambiar el tamaño pero mantener la misma gravedad, debe modificar la densidad.
Dónde es el radio en metros, g es la gravedad de la Tierra (9,8 m/s), es la constante gravitacional (6.67384E-11), y es la densidad de tu planeta en kilogramos por metro cúbico. Derivé esta ecuación de la ecuación de gravedad superficial .
Puede verificar esto ingresando la densidad de la tierra en kg por metro cúbico: 5510 kg/m^3.
Controlar.
Entonces, puede comenzar a buscar densidades para varios materiales o mezclas y descubrir qué tan grande sería su planeta con una gravedad superficial igual a la de la Tierra.
Por ejemplo, comprobaré el radio de un planeta hecho de platino. La densidad del platino es de 21,09 gramos por centímetro cúbico. Convierta eso a kilogramos por metro cúbico: 21,090 kg/m^3.
Ahora, insértelo en la ecuación y obtendrá un radio de 1.662 km para un planeta de platino sólido . Eso es un poco más pequeño que nuestra luna.
Es posible obtener un planeta tan pequeño con la gravedad de la Tierra pero, intuitivamente, esto no es nada probable.
Como estoy seguro de que alguien señalaría si no lo mencionara, estas son muchas más cosas que la gravedad necesaria para obtener un planeta como la Tierra.
El planeta no puede girar demasiado rápido . También necesita un campo magnético para protegerse del viento solar. Así que tu planeta no puede estar hecho de platino sólido. Pero puede mezclar algunos materiales diferentes e incluirlos en la medición de densidad por proporciones de su masa en su planeta.
Suponiendo que comience con una atmósfera y los diversos requisitos para aferrarse a ella . Estás bien encaminado hacia un planeta habitable .
El planeta necesitará suficiente gravedad para retener oxígeno y agua. Técnicamente, menos de lo normal en la Tierra sería suficiente, pero el tamaño del planeta también tiene un efecto. Los planetas molestamente más pequeños son peores para retener la atmósfera, por lo que podemos comenzar asumiendo que se necesitará 1G. La física real es naturalmente más compleja, pero la triste realidad es que es demasiado compleja para modelar. Según tengo entendido, debido a que solo se tiene un planeta habitable para estudiar, gran parte de lo que lee sobre este tema no está probado.
La relación entre el diámetro del planeta se puede disminuir mientras se mantiene la misma gravedad es la inversa de la relación entre la densidad y se puede aumentar.
Desafortunadamente, la Tierra ya es bastante densa. No se conoce ningún proceso natural que cree planetas significativamente más densos. Creo que un aumento del 10% en la densidad sería plausible, pero eso no da ni cerca del nivel de disminución de tamaño que desea.
Así que tendrás que olvidarte de tener la misma gravedad y encontrar un agujero circular...
La obvia es que dado que los colonos solo han estado en el planeta por poco tiempo, la atmósfera solo necesita ser estable por un corto tiempo. El planeta estaría perdiendo volátiles rápidamente, pero un alto nivel de vulcanismo los estaría reponiendo con la misma rapidez. Algunos de los volátiles podrían haberse obtenido hace relativamente poco tiempo de los impactos de cometas y asteroides. Un bombardeo tan pesado también habría calentado y fracturado la corteza del planeta lo suficiente como para desencadenar la liberación de otros volátiles desde allí.
Marte solía tener una atmósfera de este tipo y Marte tiene aproximadamente la mitad del diámetro de la Tierra y el 30% del área de superficie. Entonces, debería ser posible que el planeta mediano sea habitable durante unos pocos millones de años. Además, los elementos más pesados no se concentran naturalmente cerca de la superficie. Esto significa que los impactos de asteroides traen minerales valiosos. El planeta mediano probablemente sería rico en minerales valiosos debido a que el bombardeo fue relativamente reciente y ningún proceso les permitió hundirse aún más. (El planeta probablemente sería demasiado pequeño para la tectónica de placas).
Desafortunadamente, esta atmósfera no tendría oxígeno libre. Entonces, sus colonos necesitarán una terraformación simple (introducir vida fotosintética y esperar) o alguien o algo más ya habrá introducido esa vida en el planeta. Esto significaría otro planeta con vida en el mismo sistema o una visita de extraterrestres hace mucho tiempo.
Alternativamente, podría simplemente tener un planeta del tamaño de la Tierra que tenga un área de tierra menos habitable disponible en forma de un solo continente pequeño. Esto emularía todos los efectos de un planeta "más pequeño, pero con la misma gravedad", pero sin ninguna ciencia especulativa. Realmente depende de por qué quieres un planeta más pequeño.
Un mundo oceánico con un solo continente con áreas costeras habitables y un desierto central habría restringido el espacio para que la colonia creciera, pero no hasta el punto en que las personas se verían obligadas a construir arcologías flotantes o proyectos de irrigación del desierto a gran escala. Alternativamente, un planeta sin placas tectónicas podría no tener continentes reales en absoluto. Toda la tierra sería de grandes provincias ígneas. ¿Por qué sería esto algo bueno? Una cita del artículo vinculado podría dar la respuesta:
El estudio de los LIP tiene implicaciones económicas. Algunos trabajadores los asocian con hidrocarburos atrapados. Están asociados con concentraciones económicas de cobre-níquel y hierro. También están asociados con la formación de importantes provincias minerales, incluidos los depósitos de elementos del grupo del platino (PGE), y en los depósitos silícicos LIP, plata y oro. Los depósitos de titanio y vanadio también se encuentran asociados con los LIP.
Esta pregunta fue analizada en un artículo agradable, muy simple y legible de Williams, Kasting & Wade en 1997 (ver aquí ). Ese documento se centra en las lunas de los planetas gigantes gaseosos, pero la idea es la misma y abordan la cuestión de qué se necesita exactamente en términos de masa planetaria para la vida.
El truco es que no sabemos exactamente qué hay en la lista de verificación de por vida. Williams et al consideraron 2 cosas clave: 1) el planeta debe tener suficiente gravedad para sostener una atmósfera, y 2) el planeta debe tener suficientes radionúclidos de vida prolongada en su interior para proporcionar una fuente de calor capaz de mantener la tectónica de placas.
Se les ocurrió un límite inferior para la habitabilidad de aproximadamente la masa de Marte (0,1 masas de la Tierra). El factor limitante clave es la fuente de calor interna, y existe cierta incertidumbre al respecto. Rehice su cálculo unos años más tarde con suposiciones un poco más conservadoras y terminé con aproximadamente 1/3 de la masa de la Tierra como límite inferior.
Aquí hay un resumen de los diferentes factores: https://planetplanet.net/2014/05/20/building-the-ultimate-solar-system-part-2-choosing-the-right-planets/
Un truco es obtener la densidad atmosférica adecuada. Demasiado delgado, y es difícil respirar. Demasiado espeso, y no hay suficiente luz en el fondo de la atmósfera para energizar una ecología.
Los planetas pierden atmósfera. Hay una distribución de energía entre las moléculas de gas a cualquier temperatura dada. En la parte superior de la atmósfera, algunos de ellos son más rápidos que la velocidad de escape desde ese punto.
La velocidad molecular promedio depende de la temperatura. Un sol más caliente, o estar más cerca del sol significa un escape más rápido.
La velocidad de escape depende tanto de la masa como de la distancia desde el centro del planeta. Planeta más pesado = escape más lento. Planeta más grande = escape más lento.
Este último puede ser contrario a la intuición: si tiene un planeta más grande que es menos denso, pero que aún tiene una gravedad superficial de 1 g, la velocidad de escape es considerablemente mayor.
Un fuerte campo magnético ayuda a mantener una atmósfera. Muchas de las moléculas en la atmósfera superior están ionizadas. Un ion no puede viajar en línea recta en un campo magnético, sino que girará en espiral alrededor de las líneas del campo magnético. Dado que el campo está incrustado en la tierra en cualquiera de los extremos, el ion eventualmente golpea la atmósfera nuevamente. (Ok, es más complicado que eso. Hay una convergencia de líneas de campo en los polos. Esto actúa como un espejo para los iones lentos. Así que rebotan de un lado a otro entre los polos norte y sur).
Entonces, ¿por qué Venus, con esencialmente la misma masa y diámetro que la Tierra, tiene tanta atmósfera? Hace más calor. No tiene mucho campo magnético. Debería perder atmósfera. Buena pregunta. Mi sospecha es que es la falta de océanos. Sin océanos = sin procesos que conviertan el CO2 en rocas carbonatadas.
Marte, con un fuerte campo magnético, podría contener una atmósfera durante mucho tiempo.
HDE 226868
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