Verificación de la realidad: Luna habitable alrededor de un planeta similar a la Tierra

Para un escenario de construcción de un mundo complejo, quiero una luna habitable que orbite alrededor de un planeta similar a la Tierra habitable. La luna habitable debe permitir que la flora, la fauna y el paisaje sean lo más similares posible a la tierra. Lo mismo ocurre con el planeta habitable similar a la Tierra que está orbitando.

He revisado los diversos temas relacionados con las lunas habitables:

Según lo que leí allí, especialmente la respuesta de Jim2B aquí , he creado la siguiente luna con esta calculadora :

  • masa: 0,33 de la masa de la tierra (alrededor de 3 veces la masa de marte)
  • densidad: 1.3 de la densidad de la tierra (porque quiero una mayor gravedad superficial)
  • radio: 0,6332 de la masa terrestre (calculado por la aplicación utilizando la masa y la densidad como dados)

Todo esto lo calcula el programa:

  • Diámetro = 8070 km
  • Densidad = 7,176 g/cm³
  • Superficie = 204,5 millones de km cuadrados
  • Límite de Roche = 1000 km (satélite natural más cercano posible)
  • Gravedad superficial = 0,83 Gs
  • Distancia orbital geosíncrona = 24820 km o millas (desde la superficie del planeta)
  • Velocidad orbital geosíncrona = 2,13 km/s, o millas por segundo

Temperatura superficial* máxima para mantener un componente atmosférico durante miles de millones de años, para cada tipo de gas:

  • ¿Dióxido de carbono? 2972 ºC
  • ¿Oxígeno? 2087 ºC
  • ¿Helio? 22 ºC
  • ¿Hidrógeno? -126 ºC

¿Podría existir tal luna? Y si no, ¿qué cambios serían necesarios para hacer posible esta luna alrededor de un planeta similar a la Tierra?

Por favor considere los siguientes puntos particularmente:

  • Densidad de la luna: la necesito lo más alta posible para que la gravedad superficial de la luna sea de aproximadamente 1 g. Jugando con la calculadora me he decidido por 1,3 veces la densidad de la tierra, lo que da una gravedad superficial de 0,83 Gs. Esto significa una densidad de 7,176 g/cm³. ¿Se puede lograr esta densidad manteniendo una composición elemental similar a la de la Tierra? Si no, ¿podría lograrse reemplazando parte del hierro con un elemento más denso? ¿Qué propiedades tendría que tener tal elemento?
  • Atmósfera: ¿Podría esta luna sostener la atmósfera necesaria considerando las temperaturas de la superficie?
  • Planeta similar a la Tierra en el que la luna está orbitando: este planeta tiene aproximadamente la misma masa y radio que la Tierra. Si se necesita una masa y/o superficie mayor para tener una luna de este tipo, estaría bien, siempre que la densidad del planeta similar a la Tierra pudiera ser menor para mantener la gravedad superficial de dicho planeta en 1 G.
  • Distancias entre el planeta y la luna: Sin requisitos específicos. Puede ser cualquier cosa para que esta relación planeta-luna funcione.
  • Relaciones de tamaño entre el planeta y la luna: Aparentemente, las formaciones de discos de acreción harían improbable una luna tan grande en comparación con el planeta, pero ¿sería imposible? ¿Podría haber alguna otra explicación científica para que un planeta tenga una luna tan grande, por ejemplo, una "luna rebelde" capturada por el planeta ( Theia capturada en lugar de una colisión), siendo la luna restos del planeta mismo o algo más? Esta explicación alternativa puede ser poco probable, siempre que sea científicamente sólida y posible.
Esto está muy bien investigado y es un apoyo para verificar otras respuestas en este sitio. +1, espero que encuentres tu respuesta.
Me supera, pero diría que una luna con una densidad significativamente diferente a la de su planeta anfitrión probablemente fue capturada por completo en lugar de ser expulsada de su anfitrión por una colisión planetaria (como se cree que es el caso de nuestra luna). ¡Buena suerte!
Hay una cosa que creo que te has perdido, y es que la tierra tiene una atmósfera en gran parte porque está protegida de los vientos solares por el campo magnético de la tierra. La luna no tiene tal campo.
Tenga en cuenta que esos números de temperatura son para la termosfera, no para la superficie planetaria. La termosfera de la Tierra está en el rango de 2000C.
Recuerde tener en cuenta la gran cantidad de metales pesados ​​indicados por tener una mayor densidad.
Gracias a todos por los comentarios y consejos! @RobertHarvey Esta luna no debe bloquearse por marea y girar con un núcleo de hierro fundido y, por lo tanto, producir el campo magnético necesario.
@LorenPechtel Precisamente por esto, temo que las temperaturas en la termosfera de la luna sean ligeramente demasiado altas para el oxígeno y definitivamente demasiado altas para el helio y el hidrógeno, aunque los dos últimos no son tan importantes.
¿Quieres que este sistema sea estable en escalas de tiempo geológicas?
@ B.fox Sí, eso sería ideal. Pero no tiene que ser estable para siempre. Solo un par de miles de años menos que la Tierra y la Luna coexisten hoy (si asumes un sistema solar similar con respecto a la edad y el desarrollo que el nuestro). El punto más importante es que Terruh (como John nombró al planeta parecido a la Tierra) mantendrá una órbita estable en todo momento, independientemente de lo que le suceda a la luna/pequeño planeta. Y este último al menos debería estar allí en una órbita lo suficientemente estable alrededor de Terruh para ser visible como luna desde allí hasta el punto mencionado anteriormente.

Respuestas (3)

Definitivamente está dentro del ámbito de la posibilidad.

Muy rápido primero, definiendo términos para facilitar la comparación (realmente odio el juego de los pronombres):
Tierra: Nuestro planeta.
Luna: Nuestra luna.
Terruh: El planeta que orbita tu luna (ya que definitivamente no es Terra, ¿entiendes? De acuerdo, grupo duro).
Lunuh: Tu luna (ya que es... está bien, está bien).

Densidad: necesita que Lunuh tenga una densidad promedio de alrededor de 7,2 g/cm3. Eso es factible. aquí hay una listade la densidad aproximada de varias "capas" de la Tierra: cortezas, manto, etc. Para Lunuh, querrá que las capas de mayor densidad sean más gruesas/más grandes (en términos relativos) O que las densidades mismas aumenten. El aumento de densidad es probablemente el más fácil; por ejemplo, el núcleo interno de la Tierra es una aleación de hierro y níquel que contiene aproximadamente un 80 % de hierro, pero el níquel es más denso que el hierro, por lo que un aumento en la cantidad de níquel conduciría a un aumento en la densidad. También podría intentar, por ejemplo, reducir el grosor del manto, pero no tengo suficiente experiencia geológica para saber qué pasaría si intentara eso. Pero, en el lado positivo, el núcleo de hierro y níquel le dará a Lunuh un buen campo magnético, lo cual es bueno para la habitabilidad.

Atmósfera: Sí, definitivamente podría mantener una atmósfera respirable si los gases necesarios estuvieran allí. Tenga en cuenta que los números dados son para la temperatura máxima. Cuanto más alta es la temperatura, más rápido se mueven las moléculas, por lo que es más probable que escapen al espacio. Dado que Lunuh no alcanzará temperaturas de 2000 C (dado que, ya sabes, no queremos derretirnos cuando lo visitemos), definitivamente podrá contener una atmósfera de oxígeno/nitrógeno.

El Planeta: Terruh puede existir sin problema. Su existencia es su propio problema además de tener a Lunuh orbitándolo. Hay efectos secundarios de tener una luna tan grande, como mareas significativamente más grandes y noches más brillantes, pero esos no son problemas de existencia.

Distancias: es bueno que no tengas ningún requisito para la distancia entre Terruh y Lunuh, porque esta luna tendrá que estar un poco más lejos de Terruh que la Luna de la Tierra. Especificaste que Lunuh tendrá 1/3 de la masa de Marte, lo que significa que tendrá unas nueve veces la masa de la Luna ( enlace WA ). Para obtener la misma fuerza gravitacional entre Terruh y Lunuh que entre la Tierra y la Luna, Lunuh tendría que estar al triple de la distancia de Terruh que la Luna de la Tierra. Más sobre eso en un segundo.

Relaciones de tamaño: como dijo @HenryTaylor en un comentario, es más probable que haya sido capturado que formado por impacto o disco de acreción. Mi mejor explicación ondulada a mano implicaría que Terruh capturara a Lunuh durante la tumultuosa vida temprana del sistema solar, pero dado que la formación planetaria en general todavía se encuentra en gran medida en el ámbito de las hipótesis, no puedo decir demasiado en cuanto al rigor científico. preocupado.

Así que en general se ve bien. Podemos tener lunas grandes, aunque en cierto punto tenemos que preguntarnos si realmente son solo dos planetas orbitando entre sí.

El principal problema que veo es el problema del bloqueo de marea. Luna está fijada por mareas a la Tierra, por lo que solo vemos un lado de ella. Si Lunuh quedara bloqueado por mareas con Terruh, las cosas podrían volverse problemáticas en lo que respecta al lado de la habitabilidad. Recuerde que es el triple de la distancia de Terruh que la Luna está de la Tierra, por lo que su distancia orbital (en relación con el planeta) es seis veces la de Luna. Suponiendo la misma velocidad orbital (no estoy seguro de si/cuánto tendría que cambiar para hacer una órbita estable), eso significa que tendría un ciclo día-noche de seis meses (en el tiempo de la Tierra). Eso no es exactamente propicio para la vida, por lo que no se puede bloquear absolutamente. Pero aparte de eso, parece que funcionaría bien.

Me pregunto si Terruh también estaría bloqueado por mareas con Lunuh. ¿Tus pensamientos? Esto está más cerca de un planeta doble que de un planeta y una luna estándar, por lo que es probable que ambos cuerpos orbiten un baricentro común en lugar de que Lunuh orbite Terruh como lo hace Luna con la Tierra.
@ a4android Muy posible. Depende de la configuración exacta, obviamente, pero definitivamente puedo verlo como si Plutón y Caronte estuvieran bloqueados entre sí y orbitando un baricentro fuera de Plutón. Por supuesto, eso conduciría a todo tipo de problemas con respecto a la habitabilidad (si están bloqueados por marea, tendrán que tener días y noches muy largos).
@JohnRobinson Gracias por su respuesta detallada. Solo una aclaración mía: la masa de la luna es 1/3 de la masa de la tierra, es decir, tres veces la masa de marte. Es posible que haya redactado esto de manera confusa, así que edité esta parte para que quede más claro. ¿Hay alguna forma de evitar el bloqueo de marea y tener esto como un sistema de doble planeta? La luna puede tener menos masa, es solo la alta densidad que necesito y menos masa significa una densidad aún mayor que se extiende lo posible si todavía quiero que la luna sea similar a la tierra en la superficie. ¿Debería hacer una nueva pregunta para eso?
@DerGreif No hay forma de evitar totalmente el bloqueo de marea. Le sucederá a cualquier objeto en órbita alrededor de otro si se le da suficiente tiempo. En igualdad de condiciones, le sucederá a los objetos grandes más rápido que a los objetos pequeños. Sin embargo, se sabe que el tiempo que tarda en bloquearse tiene MUCHA incertidumbre en el cálculo, por lo que probablemente podría salirse con la suya diciendo que aún no están bloqueados.
@DerGreif Aunque si está mirando 1/3 de la masa de la Tierra, definitivamente será un sistema que orbita un baricentro fuera de cualquiera de los objetos. Plutón y Caronte son un sistema de este tipo, y Caronte tiene solo el 12% de la masa de Plutón.
@JohnRobinson. Así es, dependiendo de la configuración. También pensé en Plutón-Caronte. No es necesario que esté bloqueado por mareas, pero podría estar llegando allí. Nada de lo cual impide que la luna sea habitable, lo que depende más de su atmósfera y entorno superficial.
Si lo estás poniendo muy lejos, entonces deberías empezar a preocuparte por la esfera de Hill. La Tierra tendría problemas para sostener un objeto tan lejano. Requeriría deshacerse de los planetas cercanos para evitar interacciones gravitatorias.
¡Buena respuesta! Creo que me preocuparía el stripping atmosférico. Lunuh es lo suficientemente pequeño como para que haya una buena posibilidad de que la dínamo central se apague sin dejar un campo magnético. Entre eso y su pozo de menor gravedad, la eliminación atmosférica por el viento solar sería un problema grave. Lunuh es mucho más grande que Marte, lo que obvia el problema hasta cierto punto, pero Marte perdió su atmósfera hace 4 mil millones de años. Incluso si Lunuh se mantuvo durante un par de miles de millones de años más, ahora todavía está sin aire. Además, el viento solar es más fuerte en la órbita terrestre que en la órbita de Marte.
Si Lunuh recibió un golpe fuerte, es posible que su giro haya aumentado significativamente. Por lo tanto, el giro actual podría ser coincidentemente conveniente para la historia, ya que el giro inducido se habría ralentizado. Además, un gran golpe puede haber calentado el núcleo nuevamente para mantenerlo funcionando por más tiempo.

Lo que tienes aquí es realmente un planeta doble. Recomendaría simplemente ir por eso, y tener dos planetas bastante similares orbitando su centro de gravedad mutuo. Eso le permite deshacerse del problema de la densidad y hace que sea fácil aceptar que ambos tienen una rotación bastante rápida y, por lo tanto, campos magnéticos y atmósferas razonables.

Tener una forma de planeta doble de este tipo es bastante improbable, pero solo es poco probable, no imposible.

Como beneficio adicional, tener dos planetas potencialmente portadores de vida tan cerca hace que sea positivamente plausible que la vida pueda propagarse de uno a otro a través de bacterias transportadas por los escombros de los eventos de impacto en un planeta, que golpea al otro planeta.

Adición: no hay ninguna diferencia fundamental entre una luna grande, con una fracción de la masa del planeta, y un planeta doble. En ambos casos, ambos orbitan un baricentro, solo que una luna más grande significa que el baricentro está más lejos del centro del planeta. Pero eso no hace ninguna diferencia muy importante.

Si la luna va a explotar, debe considerar qué sucede con los escombros. Si la luna estalla y se dispersa en todas las direcciones, los fragmentos que golpeen el planeta serán más que suficientes para causar un evento de extinción.

Si quitas la luna de alguna manera que no dañe el planeta, la pérdida de la luna perturbará la órbita del planeta, de una manera que dependerá de sus posiciones relativas al sol cuando la luna desaparezca.

Interesante respuesta. Lo voté. ¿Ves alguna posibilidad de tener esto como un verdadero sistema de planetas y lunas? esto es muy importante para mí (además de que la luna sea habitable).
Lo siento, pero no entiendo muy bien lo que estás preguntando. ¿Podrías descomprimirlo un poco?
Por supuesto, lo siento, el inglés no es mi idioma nativo. Necesito la luna para orbitar el planeta, porque en algún momento quiero volar la luna y temo que si la luna y el planeta estuvieran orbitando un baricentro, esto afectaría gravemente al planeta y su habitabilidad. Si me equivoco allí, estoy bien con un baricentro orbitado por ambos.
Agregado a mi respuesta.

Esto suena plausible para mí. Las lunas grandes a veces se forman en simulaciones hidrodinámicas de impactos gigantes entre protoplanetas en las últimas etapas de la formación de planetas. La parte más difícil de comprar es la densidad. Mercurio tiene mucho más hierro que la Tierra, pero su densidad es casi la misma porque, con menos gravedad, está menos comprimido. Tampoco conocemos ningún exoplaneta con densidades que indiquen una composición mucho más rica en hierro que la Tierra (aunque son muy difíciles de medir).

ACTUALIZACIÓN: ahora hay un exoplaneta de 2,6 de masa terrestre conocido con una composición similar a Mercurio; consulte https://en.wikipedia.org/wiki/K2-229b

La densidad es de hecho el truco aquí. La Tierra ya está bastante cerca de ser lo más densa posible sin una composición absurda; después de pasar el hierro, los elementos posteriores (más densos) de la tabla periódica se vuelven significativamente más raros en el universo. Además, el hierro es el responsable de generar el campo magnético de la Tierra, y esta luna hipotética necesitará uno para proteger cualquier vida de los rayos UV, etc. Realmente no puedes obtener un planeta realista con una densidad mucho más alta que la Tierra, así que Creo que el OP tendrá que aumentar la escala de la luna o reducir la gravedad para que esto funcione.
@Palarran También podría ser un cuerpo capturado. Las mecánicas de captura en un mundo de ese tamaño son... Difíciles... Pero es un gran universo: si puede suceder, sucederá.
@UIDAlexD Estaba hablando de los límites de la composición real de la luna, no necesariamente de cómo llegó a estar allí. Todos los elementos de la tabla periódica después del hierro (los metales más densos que se necesitarían) son creados por supernovas. Las cantidades de estos metales son positivamente minúsculas en comparación con los elementos más ligeros. En otras palabras, de manera realista no puede obtener un cuerpo planetario con una densidad significativamente mayor que la Tierra (compuesto principalmente de hierro y silicio), no si desea que permanezca cerca del tamaño de la Tierra. Se podría decir que es teóricamente posible, pero nunca creíble.
Estoy dispuesto a conceder el realismo de la densidad a un elemento raro que constituye una parte más grande de esa composición planetaria. pero gracias por explicar eso, voté a favor en consecuencia.
@Palarran: Tal vez la luna podría estar hecha casi completamente de hierro y níquel, con solo una corteza delgada y rocosa. Incluso Mercurio todavía tiene un manto considerable: podría aumentar la densidad significativamente más allá de la de la Tierra reemplazándola también con ferroníquel.
Verificación de la realidad: Luna habitable alrededor de un planeta similar a la Tierra
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