¿Produciría un mundo con vida similar a la Tierra con una gravedad promedio de 3g más o menos criaturas voladoras que la Tierra?

Respuesta corta:

Un cambio relativamente menor en la masa de un planeta puede causar cambios mayores en su gravedad superficial, velocidad de escape y capacidad para producir y mantener una atmósfera.

Existen ejemplos en nuestro sistema solar de varios planetas y lunas con atmósferas, y hay casos en los que las densidades relativas de las atmósferas de varios mundos no corresponden a sus capacidades relativas para producir o retener una atmósfera.

Por lo tanto, aunque se esperaría que la mayoría de los planetas con gravedades superficiales de 3 g tuvieran atmósferas mucho más densas que la de la Tierra, es posible que algunos planetas con una gravedad superficial tan alta tengan atmósferas mucho más delgadas que la de la Tierra, lo que hace imposible volar allí.

Si bien la mayoría de los planetas con una gravedad superficial inferior a la de la Tierra pueden tener atmósferas menos espesas que la de la Tierra, es posible que algunos planetas con una gravedad superficial inferior a la de la Tierra puedan tener atmósferas más densas que la de la Tierra y, por lo tanto, sean más fáciles de volar, si se vuela. máquinas o criaturas voladoras vivas pueden funcionar en sus entornos. De hecho, se sabe que existen dos mundos de este tipo en nuestro sistema solar y serían lugares mucho mejores para volar que la Tierra, para los animales que pueden sobrevivir o las máquinas diseñadas para operar en sus entornos.

Por lo tanto, podría considerar hacer que su planeta ficticio tenga una gravedad más baja que la Tierra pero una atmósfera mucho más densa que la atmósfera de la Tierra, lo que lo convierte en un lugar mucho mejor para volar.

Si el objetivo de la idea de su historia es un planeta con una gravedad superficial de 3 g, en el que sería mucho más difícil volar que en la Tierra, pero que tiene una atmósfera mucho más densa que la de la Tierra, por lo que es sorprendentemente fácil volar en él, entonces debe seguir adelante con un planeta con una gravedad superficial de 3 g, pero debe tener en cuenta varios factores que tendría un planeta con una gravedad más alta y una atmósfera más densa que la Tierra.

1) Es posible que los humanos no puedan respirar y sobrevivir en una atmósfera lo suficientemente densa para las necesidades de su historia. Todos los gases atmosféricos posibles serán tóxicos para los humanos a una presión lo suficientemente alta. Incluso el oxígeno, necesario para sobrevivir, puede matar a los humanos a una presión lo suficientemente alta. Entonces, si sumas la presión atmosférica más alta posible de supervivencia de todos los gases posibles, llegarás a una presión atmosférica máxima absoluta posible de supervivencia para los humanos. Si se necesita una presión atmosférica aún más alta para volar en su planeta, cualquier posible visitante humano tendrá que usar trajes ambientales y, a una presión atmosférica aún más alta, es posible que ninguna forma de vida nativa pueda sobrevivir y el planeta quede sin vida.

2) Los humanos no podrían sobrevivir más de 1.5 g por mucho tiempo, por lo que cualquier posible visitante humano a un planeta de 3 g tendría que hacer visitas muy cortas y/o usar alguna forma de antigravedad.

3) un planeta lo suficientemente grande como para tener una gravedad superficial de 3 g posiblemente tendría que estar totalmente cubierto de océanos, lo que tendría varias implicaciones para la posibilidad de vida en el planeta y para el tipo de historia que se podría escribir.

Respuesta larga:

La densidad de la atmósfera de un planeta depende de dos factores:

1) La velocidad a la que produce y adquiere su atmósfera a través de varios procesos diferentes.

2) La velocidad a la que pierde su atmósfera a través de varios procesos diferentes.

Si 2) es mayor que 1), el planeta perderá su atmósfera con el tiempo y la presión de la atmósfera disminuirá. Cuanto mayor sea la diferencia, más rápida será la pérdida.

Si 1) es mayor que 2), el planeta ganará atmósfera con el tiempo y la presión de la atmósfera aumentará. Cuanto mayor sea la diferencia, más rápida será la ganancia.

Dado que 1) y 2) son el resultado de varios procesos diferentes, algunos de los cuales pueden variar en intensidad con el tiempo, la velocidad a la que aumenta o disminuye la atmósfera de un planeta puede variar a lo largo de la historia del planeta.

La capacidad de un planeta para retener una atmósfera depende principalmente de su velocidad de escape (fórmula en https://en.wikipedia.org/wiki/Escape_velocity 1 ), no de la gravedad de su superficie (fórmula en https://en.wikipedia. org/wiki/Surface_gravity 2 ).

Las dos fórmulas no son idénticas, por lo que las diferencias entre las gravedades superficiales y las velocidades de escape de dos planetas diferentes no estarán en la misma proporción. Dado que una gravedad superficial más baja hace que volar sea más fácil, y una velocidad de escape más alta hace más probable retener una atmósfera más densa, los escritores de ciencia ficción deberían aprender a explotar las diferencias entre la gravedad superficial y la velocidad de escape.

Tanto la gravedad de la superficie como la velocidad de escape de un planeta disminuyen ligeramente con la altitud sobre la superficie del planeta. Volar será más fácil donde la atmósfera sea más espesa más cerca de la superficie, mientras que las moléculas, los átomos y los iones escaparán de las capas más altas y delgadas de la atmósfera, a decenas, cientos o miles de kilómetros o millas por encima de la superficie.

Si su planeta ficticio tiene una gravedad superficial de 3g, los exploradores humanos no podrían sobrevivir en su superficie por mucho tiempo a menos que tengan cinturones antigravedad para reducir el efecto de la gravedad sobre ellos. Por lo tanto, no será importante si los exploradores humanos podrán respirar el aire más denso de ese planeta o tendrán que usar trajes espaciales (posiblemente con cinturones antigravedad) cuando estén en su superficie, ya que definitivamente no pasarán mucho tiempo allí.

Por lo tanto, la atmósfera puede ser muchas veces más densa de lo que sería respirable para los humanos, siempre que siga siendo respirable para las formas de vida nativas.

Stephen H. Dole, en Habitable Planets for Man (1964, 2007) hizo muchas estimaciones sobre lo que era necesario para que un planeta fuera habitable para los humanos (que es un subconjunto de ser habitable para las formas de vida en general; los humanos morirían más o menos instantáneamente si se teletransporta a algunos entornos en la Tierra que están llenos de vida).

En la página 53 comienza la discusión del rango de rango de un planeta habitable para los humanos.

En la página 53, Dole dijo que dado que una gravedad superficial de alrededor de 1,5 g parecía el máximo que los humanos tolerarían, y eso correspondía a un planeta con una masa de 2,35 masas terrestres, un radio de 1,25 radios terrestres y una velocidad de escape de 15,3 kilómetros por segundo.

Dado que su pregunta es sobre un planeta con una gravedad superficial de 3 g, supongo que probablemente nunca tuvo la intención de que su planeta fuera habitable para los humanos. Si tenía la intención de que su planeta fuera habitable para los humanos con una gravedad superficial de 3 g, debería volver a la mesa de dibujo para la construcción de su mundo.

La masa mínima para un planeta habitable sería la masa mínima necesaria para tener una velocidad de escape lo suficientemente alta en relación con la velocidad promedio de las partículas de aire para retener una atmósfera durante miles de millones de años.

En la página 54, Dole calculó el tamaño mínimo de un planeta que podría retener una atmósfera respirable durante miles de millones de años como 0,195 de la masa de la Tierra, con 0,63 del radio de la Tierra y una gravedad superficial de 0,49 g. Pero Dole creía que tal planeta sería incapaz de producir una atmósfera lo suficientemente densa como para ser respirable.

... Para evitar que el oxígeno atómico se escape de las capas superiores de su atmósfera, la velocidad de escape del planeta debe ser del orden de cinco veces la velocidad cuadrática media de los átomos de oxígeno en la atmósfera. Esto se muestra en la figura 12 (ver página 37)... entonces la velocidad de escape del planeta más pequeño capaz de retener oxígeno atómico puede ser tan baja como 6,25 kilómetros por segundo (5 X 1,25). Volviendo a la figura 9, se puede ver que esto corresponde a un planeta que tiene una masa de 0,195 masa terrestre, un radio de 0,63 radio terrestre y una gravedad superficial de 0,49 g. Bajo las suposiciones anteriores, tal planeta teóricamente podría contener una atmósfera rica en oxígeno, pero probablemente sería demasiado pequeño para producir una, como se verá a continuación.

https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/commercial_books/2007/RAND_CB179-1.pdf 3

Tenga en cuenta que este planeta hipotético tendría una velocidad de escape de 6,25 kilómetros por segundo, que es 0,5587 de la velocidad de escape de la Tierra de 11,186 kilómetros por segundo, pero una gravedad superficial de 0,49 g, que es 0,49 de la gravedad superficial de la Tierra de 1,000 g. Este es un ejemplo de una diferencia en la masa planetaria que resulta en diferencias en la velocidad de escape y la gravedad de la superficie que no están en la misma proporción.

Dole calculó a través de varias líneas de razonamiento dos cifras para la masa mínima necesaria para producir una atmósfera respirable, 0,253 masa terrestre, que creía demasiado baja, y 0,57 masa terrestre, que creía demasiado alta:

Siendo 0,25 demasiado bajo y 0,57 demasiado alto, el valor apropiado de masa para el planeta habitable más pequeño debe estar entre esas cifras, en algún lugar cercano a 0,4 de masa terrestre.

...Esto corresponde a un planeta que tiene un radio de 0,78 del radio de la Tierra y una gravedad superficial de 0,68 g.

https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/commercial_books/2007/RAND_CB179-1.pdf 3

Entonces, la masa mínima necesaria para producir una atmósfera rica en oxígeno respirable para los humanos sería de 0,4 masas terrestres, lo que corresponde a un radio de 0,78 de la Tierra y una gravedad superficial de 0,68 g. Pero esa es una masa mínima estimada entre 0,25 y 0,57 masas terrestres que se consideran demasiado baja y demasiado alta, respectivamente. Siempre es posible que la masa mínima real sea mayor, más cercana a 0,57 masas terrestres, o menor, más cercana a 0,25 masas terrestres.

Por supuesto, se ha aprendido mucho sobre las atmósferas planetarias desde que Dole escribió a principios de la década de 1960.

El planeta Venus tiene una gravedad superficial de 0,904 gy una velocidad de escape de 10,36 kilómetros por segundo, que es 0,926 de la velocidad de escape de la Tierra de 11,186 kilómetros por segundo. Este es otro ejemplo de la gravedad de la superficie y la velocidad de escape cambiando en diferentes proporciones a medida que cambia la masa.

La capacidad de Venus para retener su atmósfera debería ser ligeramente menor que la de la Tierra, y si la capacidad de un planeta para producir una atmósfera es directamente proporcional a su masa, Venus debería tener una atmósfera ligeramente menos densa que la de la Tierra.

La atmósfera de Venus es la capa de gases que rodea a Venus. Está compuesto principalmente de dióxido de carbono y es mucho más denso y caliente que el de la Tierra. La temperatura en la superficie es de 740 K (467 ° C, 872 ° F) y la presión es de 93 bar (9,3 MPa), aproximadamente la presión que se encuentra a 900 m (3000 pies) bajo el agua en la Tierra. 1 La atmósfera de Venus alberga nubes opacas hechas de ácido sulfúrico, lo que hace imposible la observación óptica terrestre y orbital de la superficie. La información sobre la topografía se ha obtenido exclusivamente mediante imágenes de radar. 1 Aparte del dióxido de carbono, el otro componente principal es el nitrógeno. Otros compuestos químicos están presentes solo en cantidades mínimas. 1

https://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_of_Venus 4

Cualquier forma de vida extraterrestre hipotética con bioquímica extraterrestre capaz de sobrevivir a las temperaturas de Venus encontraría volar en la densa atmósfera muchas veces más fácil que volar en la Tierra.

Los científicos planetarios han realizado muchas investigaciones y simulaciones por computadora durante los últimos cincuenta años tratando de explicar las diferencias entre las atmósferas de Venus y la Tierra.

Quizás el impacto más inesperado en la era de las sondas espaciales que exploran el Sistema Solar fue la atmósfera de Titán, la luna más grande de Saturno. Aunque las historias de ciencia ficción a menudo mostraban las lunas más grandes de los planetas gigantes con atmósferas respirables, los astrónomos creían que no tenían aire hasta que se detectaron rastros de una delgada atmósfera de metano en Titán en 1948.

Aquí hay una lista de los planetas de tipo terrestre más grandes y otros cuerpos del sistema solar, ordenados por sus velocidades de escape. Tenga en cuenta que la capacidad de un cuerpo para retener una atmósfera durante largos períodos de tiempo también depende de su temperatura atmosférica y, por lo tanto, de su distancia al Sol.

1) Plutón, el planeta enano, tiene una masa de 0,00218 de la de la Tierra, una gravedad superficial de 0,063 g y una velocidad de escape de 1,212 kilómetros por segundo, 0,1083 de la de la Tierra.

2) Tritón, la luna de Neptuno, tiene una masa 0,00359 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0,0794 g y una velocidad de escape de 1,455 kilómetros por segundo, 0,13007 la de la Tierra.

3) Europa, una luna de Júpiter, tiene una masa 0,008 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0,134 g y una velocidad de escape de 2,025 kilómetros por segundo, 0,1810 la de la Tierra.

4) La Luna, la luna de la Tierra, tiene una masa 0,012300 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0,1654 g y una velocidad de escape de 2,38 kilómetros por segundo, 0,2127659 la de la Tierra.

5) Calisto, una luna de Júpiter, tiene una masa de 0,018 de la de la Tierra, una gravedad superficial de 0,126 g y una velocidad de escape de 2,440 kilómetros por segundo, 0,2181 de la de la Tierra.

6) Io, una luna de Júpiter, tiene una masa de 0,015 de la de la Tierra, una gravedad superficial de 0,183 g y una velocidad de escape de 2,588 kilómetros por segundo, 0,2286 de la de la Tierra.

7) Titán, una luna de Saturno, tiene una masa 0,0225 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0,138 g y una velocidad de escape de 2,639 kilómetros por segundo, 0,2359 la de la Tierra.

8) Ganímedes, una luna de Júpiter, tiene una masa 0,025 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0,146 g y una velocidad de escape de 2,741 kilómetros por segundo, 0,2450 la de la Tierra.

9) El Planeta Mercurio, tiene una masa 0.055 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0.38 gy una velocidad de escape de 4.25 kilómetros por segundo, 0.3799 la de la Tierra.

10) El Planeta Marte, tiene una masa 0.107 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0.3794 g, y una velocidad de escape de 5.027 kilómetros por segundo, 0.4494 la de la Tierra.

Dole calculó que un planeta con un musgo de 0,195 de la Tierra, una gravedad superficial de 0,49 g y una velocidad de escape de 6,25 kilómetros por segundo, 0,5587 de la Tierra, podría retener una atmósfera rica en oxígeno.

Dole estimó que un planeta con la masa mínima necesaria para producir una atmósfera rica en oxígeno tendría 0,4 veces la masa de la Tierra y una gravedad superficial de 0,68 g.

11) El Planeta Venus, tiene una masa 0.815 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0.904 g, y una velocidad de escape de 10.36 kilómetros por segundo, 0.926 la de la Tierra.

12) El Planeta Tierra, tiene una masa 1.000 la de la Tierra, una gravedad superficial de 1 g, y una velocidad de escape de 11.186 kilómetros por segundo, 1.000 la de la Tierra.

Poniéndolos en el orden de su densidad atmosférica:

1) La Luna, la luna de la Tierra, tiene una masa de 0,012300 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0,1654 g, una velocidad de escape de 2,38 kilómetros por segundo, 0,2127659 la de la Tierra y una presión superficial de aproximadamente 0,000000000000003 la de la Tierra.

2) El Planeta Mercurio, tiene una masa 0.055 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0.38 g, y una velocidad de escape de 4.25 kilómetros por segundo, 0.3799 la de la Tierra, y una presión atmosférica de alrededor de 1 nanopascal o 0.000000001 Pascal, aproximadamente uno cien billonésima (0.000000000000001) la de la Tierra.

3) Europa, una luna de Júpiter, tiene una masa 0,008 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0,134 g, una velocidad de escape de 2,025 kilómetros por segundo, 0,1810 la de la Tierra y una presión superficial de aproximadamente una billonésima parte (0,000000000001) de la de Tierra.

4) Calisto, una luna de Júpiter, tiene una masa 0,018 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0,126 g, una velocidad de escape de 2,440 kilómetros por segundo, 0,2181 la de la Tierra y una presión atmosférica de alrededor de 0,00000075 Pascales.

5) Ganímedes, una luna de Júpiter, tiene una masa de 0,025 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0,146 g, una velocidad de escape de 2,741 kilómetros por segundo, 0,2450 la de la Tierra y una presión atmosférica de aproximadamente 0,000001 Pascales.

6) Io, una luna de Júpiter, tiene una masa 0,015 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0,183 g, una velocidad de escape de 2,588 kilómetros por segundo, 0,2286 la de la Tierra y una presión atmosférica máxima de hasta 0,0003 Pascales.

7) Plutón, el planeta enano, tiene una masa 0,00218 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0,063 g, una velocidad de escape de 1,212 kilómetros por segundo, 0,1083 la de la Tierra y una presión superficial de alrededor de 1 Pascal, alrededor de 1.000.000 a 100,00th el de la Tierra.

8) Tritón, la luna de Neptuno, tiene una masa 0,00359 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0,0794 g, una velocidad de escape de 1,455 kilómetros por segundo, 0,13007 la de la Tierra y una presión superficial de aproximadamente. 1,4 a 1,9 Pascales. La delgada atmósfera de Tritón es lo suficientemente densa como para tener vientos detectables.

9) El Planeta Marte, tiene una masa 0.107 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0.3794 g, una velocidad de escape de 5.027 kilómetros por segundo, 0.4494 la de la Tierra, y una presión superficial promedio de alrededor de 610 Pascales.

10) El Planeta Tierra, tiene una masa 1.000 la de la Tierra, una gravedad superficial de 1 g, una velocidad de escape de 11.186 kilómetros por segundo, 1.000 la de la Tierra, y una presión superficial de 101.325 Pascales.

11) Titán, una luna de Saturno, tiene una masa 0,0225 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0,138 g, una velocidad de escape de 2,639 kilómetros por segundo, 0,2359 la de la Tierra y una presión atmosférica de unos 146.921 Pascales, unas 1,45 veces el de la Tierra. Las formas de vida hipotéticas que podrían sobrevivir en Titán deberían poder volar mucho más fácilmente que en la Tierra.

12) El Planeta Venus, tiene una masa 0.815 la de la Tierra, una gravedad superficial de 0.904 g, una velocidad de escape de 10.36 kilómetros por segundo, 0.926 la de la Tierra, y una presión atmosférica superficial de alrededor de 9,300,000 Pascales, o alrededor de 92 veces esa de la tierra. Las formas de vida hipotéticas capaces de sobrevivir en Venus deberían poder volar mucho más fácilmente que en la Tierra.

En la actualidad es bastante incierto por qué la atmósfera de Titán es unas cien mil millones de veces más densa que las atmósferas de las lunas similares Calisto y Ganímedes.

La pregunta original se refería a volar en la atmósfera de un planeta con tres veces la gravedad superficial de la Tierra. A menos que el planeta fuera mucho más denso que cualquier planeta conocido, tendría que ser mucho más masivo que la Tierra para tener una gravedad superficial de 3 g.

Los planetas más masivos que la Tierra pero menos masivos que los gigantes gaseosos o los gigantes de hielo se denominan supertierras. Se han descubierto varios en otros sistemas estelares, pero generalmente se sabe poco sobre ellos, excepto por sus masas y/o diámetros.

En general, las supertierras se definen por sus masas y el término no implica temperaturas, composiciones, propiedades orbitales, habitabilidad o entornos. Mientras que las fuentes generalmente están de acuerdo en un límite superior de 10 masas terrestres 1 4 (~69 % de la masa de Urano, que es el planeta gigante del Sistema Solar con la menor masa), el límite inferior varía de 1 1 o 1,9 4 a 5, 3 con varias otras definiciones que aparecen en los medios populares. 5 7

https://en.wikipedia.org/wiki/Super-Tierra 6

Como regla general, si otros factores son iguales (y esos otros factores podrían ser muy desiguales), un planeta más masivo como la Tierra probablemente tendría más agua. Por lo tanto, es posible que muchas supertierras tengan más agua y, por lo tanto, posiblemente porcentajes más altos de sus superficies cubiertas por océanos.

Incluso los planetas que están completamente cubiertos de agua pueden desarrollar formas de vida voladoras. Los exoplanetas del tamaño de una súper Tierra Kepler-62e y Kepler-62f en la zona habitable de Kepler-62 podrían estar totalmente cubiertos por océanos.

Pero tal especulación es difícil de resistir. Por ejemplo, Borucki planteó la posibilidad de que las "súper-Tierras" recién descubiertas, mundos un poco más grandes que nuestro propio planeta, pudieran albergar organismos alados, incluso si ambos planetas son realmente mundos acuáticos.

"Al menos en nuestro océano, tenemos peces voladores. 'Vuelan' para alejarse de los depredadores", dijo Borucki.

"Así que podríamos encontrar que han evolucionado, pájaros, en este planeta oceánico", agregó, refiriéndose a Kepler-62e.

Es poco probable que los mundos acuáticos alberguen civilizaciones tecnológicamente avanzadas como la nuestra, dijeron Borucki y otros investigadores, porque cualquier forma de vida que eche raíces allí no tendría fácil acceso a la electricidad o al fuego para la metalurgia.

Pero si Kepler-62e of tiene algo de tierra firme, dijo Borucki, la historia podría ser diferente. Sin embargo, la gravedad relativamente alta de ambos exoplanetas podría hacer que la evolución de grandes organismos bípedos como los humanos sea poco probable.

https://www.space.com/20728-new-alien-planets-oceans-life.html 5

Pero:

La habitación de un mundo oceánico por vida similar a la Tierra es limitada si el planeta está completamente cubierto por agua líquida en la superficie, y aún más restringida si una capa de hielo sólido presurizado se encuentra entre el océano global y el manto rocoso inferior.[49][ 50] Las simulaciones de un hipotético mundo oceánico cubierto por 5 océanos terrestres de agua indican que el agua no contendría suficiente fósforo y otros nutrientes para que la Tierra evolucione como organismos oceánicos productores de oxígeno, como el plancton. En la Tierra, el fósforo es arrastrado hacia los océanos por el agua de lluvia que golpea las rocas en la tierra expuesta, por lo que el mecanismo no funcionaría en un mundo oceánico. Las simulaciones de planetas oceánicos con 50 océanos terrestres de agua indican que la presión en el fondo del mar sería tan inmensa que el planeta'

https://en.wikipedia.org/wiki/Ocean_planet#Astrobiología 7

Entonces, hay muchos factores a considerar al diseñar su planeta ficticio.

Se trata de la presión atmosférica.

Considere un mundo con 1g y una presión atmosférica una décima parte de la nuestra. Sería muy difícil que algo volara. Podría aletear, pero no tendría mucho gas para empujar hacia abajo mientras se empuja hacia arriba. O un mundo sin atmósfera: allí no se vuela.

Pero, ¿qué pasa con un mundo donde la atmósfera es realmente espesa y densa? ¿Quizás incluso un fluido en lugar de un gas? Tenemos eso en la tierra: el océano. Todo vuela en el océano, pero lo llamamos nadar.

Volar es más fácil cuando tienes gasolina más espesa; más fácil cuando tienes un líquido. La presión atmosférica está determinada en parte por la gravedad, pero principalmente por la cantidad de atmósfera que tienes. Venus tiene una gravedad comparable a la de la Tierra, pero una presión atmosférica mucho mayor porque tiene más atmósfera. Marte tiene muy poca presión atmosférica porque tiene muy poca atmósfera.