¿Sería posible que un planeta del tamaño de la Tierra tuviera mareas mucho más grandes sin dejar de ser habitable?

Respuesta corta:

El problema de que un planeta habitable para los humanos tenga mareas muy grandes es que los parámetros astronómicos, incluidos los responsables de las mareas, cambian muy lenta pero constantemente con el tiempo, y se necesita mucho tiempo para que un planeta se vuelva habitable para los humanos, por lo tanto, un planeta que comienza con grandes mareas puede tener mareas muy pequeñas en el momento en que se vuelve habitable para los humanos.

Y como dijo L.Dutch - Reinstaurar a Mónica♦, si la luna es demasiado grande o está demasiado cerca, el planeta puede bloquearse por mareas a la luna y, por lo tanto, ya no tendrá mareas en movimiento sino protuberancias de mareas permanentes en lados opuestos del planeta.

Respuesta larga en ocho partes:

Primera parte: ¿Qué tan altas pueden ser las mareas en un planeta habitable?

Debería mirar Planetas habitables para el hombre Stephen H. Dole, 1964, que analiza la habitabilidad planetaria para los humanos.

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

Las páginas 61 a 63 discuten la edad necesaria para que un planeta sea habitable, delineando los varios procesos y etapas sucesivas que finalmente dieron como resultado que la Tierra adquiriera una atmósfera con un alto contenido de oxígeno. Y termina con:

En general, probablemente sea seguro decir que un planeta debe haber existido durante 2 o 3 mil millones de años, bajo condiciones bastante constantes de radiación solar, antes de que haya madurado lo suficiente para ser habitable.

La relación entre un planeta y su satélite se analiza en las páginas 72 a 75.

Dole analiza tanto el caso de un planeta habitable con un gran satélite como el de un "planeta" habitable que en realidad es el satélite de un planeta gigante muchas veces más masivo.

Señala que si un planeta habitable tiene una luna compañera o un planeta que es masivo y/o lo suficientemente cercano, los efectos de las mareas ralentizarán la rotación del planeta hasta que las mareas del planeta se bloqueen con el mundo compañero.

Dole dice que un planeta unido por mareas a un mundo compañero aún puede ser habitable, si los días son lo suficientemente cortos como para que las variaciones de calor y frío entre el día y la noche no sean demasiado intensas. Dole sugiere que un día de 96 horas o cuatro días terrestres sería la duración máxima más o menos arbitraria para el día de un planeta habitable bloqueado por mareas con su mundo compañero.

La zona habitable circunsteller es la zona alrededor de una estrella donde un planeta puede tener temperaturas adecuadas para el agua líquida y, por lo tanto, posiblemente tenga vida si otras condiciones son buenas. Dole usa la palabra "ecosfera" para describir la zona habitable circunestelar.

En la sección sobre los tipos de estrellas adecuados para los planetas habitables, Dole escribió que las estrellas de menor masa tendrían "ecosferas" muy cerca de ellas y, por lo tanto, los planetas en esas "ecosferas" experimentarían mareas muy fuertes, por lo que pronto se convertirían en mareas. encerrados en sus estrellas. Así un lado del planeta tendría día eterno, y el otro lado tendría noche eterna. Dole creía que eso haría que un planeta fuera inhabitable.

En la sección sobre relaciones de satélites, Dole dice que si un planeta o una luna se bloquean por mareas con su planeta o luna compañero, no se bloquearán por mareas con su estrella y, por lo tanto, tendrán una alternancia de día y noche y podrían permanecer habitable.

Como hemos visto, para las estrellas en el extremo de baja temperatura de la secuencia principal, existe una incompatibilidad entre el efecto de frenado de las mareas y los requisitos de temperatura de un planeta habitable. Se determinó que el límite inferior de masa de las estrellas que podrían tener planetas que giran libremente dentro de una ecosfera es de 0,72 masa solar. En esta sección vemos un mecanismo por el cual el límite inferior de la masa estelar puede reducirse aún más. Si un planeta tuviera un satélite grande y cercano que mantuviera la velocidad de rotación del planeta de modo que el día solar fuera de menos de 96 horas, podría orbitar dentro de la ecosfera de una estrella de menos masa que 0,72 de masa solar. Sin embargo, se alcanzaría un nuevo límite cuando las mareas en la red debido a la primaria alcanzaran un nivel destructivo. Si asumimos que el límite destructivo de la marea es de 20 pies, el nuevo límite de masa estelar sería 0.

Entonces, Dole estimó, con precisión o no, que las mareas de 20 pies serían incompatibles con la habitabilidad de los humanos.

Segunda parte: Comparación con Tides on Earth.

Pero, ¿qué entendía Dole por mareas?

La marea terrestre (también conocida como marea terrestre sólida, marea cortical, marea corporal, marea corporal o marea terrestre) es el desplazamiento de la superficie terrestre sólida causado por la gravedad de la Luna y el Sol. Su componente principal tiene una amplitud de nivel de metro en períodos de aproximadamente 12 horas y más. Los principales constituyentes de las mareas corporales son semidiurnos, pero también hay aportes diurnos, semestrales y quincenales significativos. Aunque la fuerza gravitatoria que causa las mareas terrestres y oceánicas es la misma, las respuestas son bastante diferentes.

https://en.wikipedia.org/wiki/Earth_tide#:~:text=Earth%20tide%20%28also%20known%20as%20solid%20Earth%20tide%2C,at%20periods%20of%20about%2012%20hours %20y%20más.[2]

Según la tabla, la componente vertical de las mareas terrestres semidiurnas es de 384,83 milímetros o 1,2625 pies. Entonces, el componente vertical más alto de las mareas de la Tierra cuando las diferentes mareas trabajan juntas, probablemente debería ser de aproximadamente un metro o 3,2808 pies.

Las mareas oceánicas en mar abierto tienen un rango similar.

La amplitud típica de las mareas en mar abierto es de aproximadamente 0,6 metros (2 pies) (azul y verde en el mapa de la derecha).

El rango de mareas en las costas, donde la gente las nota, puede variar mucho.

La amplitud de las mareas ha sido clasificada[9] como:

Micromareal, cuando la amplitud de la marea es inferior a 2 metros.

Meso-mareal, cuando la amplitud de la marea está entre 2 metros y 4 metros.

Macromareal, cuando la amplitud de la marea es superior a 4 metros.

Por lo tanto, la amplitud de las micromareas es inferior a unos 6 pies, la amplitud de las meso-mareas es de aproximadamente 6 a 13 pies, y la amplitud de las macromareas está por encima de los 13 pies.

Más cerca de la costa, este rango es mucho mayor. Los rangos de mareas costeras varían globalmente y pueden diferir desde casi cero hasta más de 16 m (52 ​​pies). 3 El rango exacto depende del volumen de agua adyacente a la costa y la geografía de la cuenca en la que se asienta el agua. Los cuerpos de agua más grandes tienen rangos más altos, y la geografía puede actuar como un embudo que amplifica o dispersa la marea. 4 El mayor rango de mareas del mundo de 16,3 metros (53,5 pies) ocurre en la Bahía de Fundy, Canadá, 3 un rango similar se experimenta en la Bahía de Ungava también en Canadá 6 y el Reino Unido experimenta regularmente rangos de mareas de hasta 15 metros (49 pies) entre Inglaterra y Gales en el estuario del Severn. 7

https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_range[5]

Entonces, ¿Dole quiso decir que un planeta habitable no podría tener un rango de mareas de más de 20 pies en cualquier parte del planeta?

Obviamente no, ya que debería haber sabido, como muchos niños, y mucho menos muchos científicos, que hay una serie de costas en el planeta Tierra habitable que tienen rangos de marea superiores a 20 pies o 6.096 metros. Las mareas de 20 pies o más no convierten sus costas en desiertos sin vida, ni dejan sin vida e inhabitable a todo el planeta Tierra.

Quizá Dole quiso decir que la amplitud media de las mareas en el medio del océano en un planeta habitable no podía superar los 20 pies. Dado que eso es aproximadamente 10 veces la altura del rango típico de la marea en el medio del océano, el rango máximo de marea en varias costas de un planeta con mareas en el medio del océano de 20 pies variaría desde mucho menos de 20 pies en las costas que tienen mareas muy bajas, a diez veces el rango meso-mareal de 6 a 13 pies - 60 a 130 pies, a diez veces el rango macro-mareal de 13 a 53 pies - 130 a 530 pies.

Entonces, si el límite de mareas de 20 pies de Dole significa mareas de 20 pies en el medio del océano, y si es correcto, y si el planeta tiene varias costas que amplifican las mareas tanto como lo hacen algunas costas del planeta Tierra, entonces el rango de mareas más alto en el las costas con los rangos de marea más altos podrían estar hasta alrededor de 530 pies.

Por supuesto, es posible que algunos planetas puedan tener configuraciones de tierra y mar que amplifiquen las mareas mucho más que cualquier otro lugar de la Tierra, por lo que algunos lugares podrían tener rangos de marea mucho mayores que los aproximadamente 530 pies calculados.

Las marismas o marismas son zonas planas que quedan cubiertas y descubiertas por las mareas.

Las marismas o marismas, también conocidas como marismas, son humedales costeros que se forman en zonas intermareales donde se han depositado sedimentos por mareas o ríos. Un análisis global reciente sugirió que son tan extensos a nivel mundial como los manglares. 1 Se encuentran en áreas protegidas como bahías, pantanos, lagunas y estuarios; también se ven en lagos de agua dulce y lagos salados (o mares interiores) por igual, donde desembocan muchos ríos y arroyos. 2 Las marismas pueden verse geológicamente como capas expuestas de lodo de la bahía, resultantes de la deposición de limos estuarinos, arcillas y detritos de animales acuáticos. La mayor parte del sedimento dentro de una marisma se encuentra dentro de la zona intermareal y, por lo tanto, la marisma está sumergida y expuesta aproximadamente dos veces al día.

https://en.wikipedia.org/wiki/Marisma[3]

Si una llanura de marea tiene una subida del uno por ciento, subirá un pie por cada 100 pies horizontales. Por lo tanto, una llanura de marea con una subida del uno por ciento se extenderá 10.000 pies o 1,89 millas horizontalmente por cada cien pies de amplitud de marea. Y sospecho que muchas planicies de marea están mucho más niveladas que eso.

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Añadido el 06-06-2021

Yo cito:

En esta edad de hielo anterior, los niveles del mar a lo largo de la costa del Golfo eran aproximadamente 400 pies más bajos que en la actualidad, y la costa del Golfo estaba entre 30 y 60 millas más lejos de la costa que nuestras playas modernas.

https://www.nola.com/news/environment/article_aff2af21-e1fb-58ab-97e0-6874df798407.html[7]

Entonces, si unos 400 pies verticales equivalen a 30 a 60 millas horizontales, o 158 400 a 316 800 pies horizontales, hay un aumento promedio de entre 396 a uno y 792 a uno. Si un lugar donde la costa es tan plana tiene un rango vertical de marea de 530 pies, podría tener un rango horizontal entre aproximadamente 209,880 pies (39,75 millas) y aproximadamente 419,760 pies (79,5 millas).

Y posiblemente haya paisajes aún más planos donde una marea de 530 pies de altura viajaría mucho más lejos horizontalmente.

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Por lo tanto, parece posible que un planeta habitable tenga algunas planicies de marea grandes donde la marea sale y vuelve mucho más rápido de lo que un humano puede viajar, incluso si el humano no se queda atrapado en el lodo. Observo que en la Tierra, incluso en lugares con rangos de marea normales, las personas a menudo han sido atrapadas por las mareas entrantes y se han ahogado. Vea las famosas historias del tesoro perdido del rey Juan, por ejemplo.

https://historicalragbag.com/2020/06/22/king-john-his-treasure-and-the-wash/[6]

Tercera parte: La evolución de las órbitas de las lunas a lo largo del tiempo.

Pero, ¿puede un planeta mantener mareas extremadamente altas el tiempo suficiente para volverse habitable?

Hay muchos satélites naturales o lunas en nuestro sistema solar. Se cree que algunos de ellos son satélites regulares, formados con los planetas que orbitan. Se cree que otros fueron capturados por los planetas millones de años después de su formación.

Todos los satélites regulares tienen órbitas progresivas, orbitando sus planetas en las mismas direcciones en que giran los planetas. Los satélites capturados se pueden capturar en órbitas progradas o retrógradas, que son órbitas en la dirección opuesta a la rotación del planeta. Los satélites capturados en nuestro sistema solar incluyen algunos con órbitas progresivas y otros con órbitas retrógradas.

Si un satélite progrado orbita su planeta a menos de la distancia orbital síncrona, las interacciones de las mareas harán que el satélite se acerque cada vez más al planeta, y eventualmente eso resultará en la destrucción del satélite y probablemente en el exterminio de toda la vida en él. el planeta. Algunas lunas de nuestro sistema solar orbitan por debajo de las órbitas sincrónicas de sus planetas y se acercan lentamente a sus planetas.

Si un satélite progrado orbita su planeta a más de la distancia orbital asincrónica, las interacciones de las mareas harán que el satélite se aleje lentamente del planeta, de modo que después de miles de millones de años, cuando el planeta finalmente se vuelva habitable para los humanos, el satélite estará orbitando muchas veces. más lejos que al principio, y las mareas serán muchas veces más pequeñas que originalmente.

Los satélites retrógrados girarán en espiral hacia sus planetas.

Todos los satélites retrógrados experimentan algún grado de desaceleración de las mareas. El único satélite del Sistema Solar para el que este efecto no es despreciable es la luna Tritón de Neptuno. Todos los demás satélites retrógrados están en órbitas distantes y las fuerzas de marea entre ellos y el planeta son insignificantes. https://en.wikipedia.org/wiki/Retrograde_and_prograde_motion#Natural_satellites_and_rings[4]

Las interacciones de las mareas también hacen que la órbita de Tritón, que ya está más cerca de Neptuno que la de la Luna de la Tierra, se deteriore gradualmente aún más; las predicciones son que dentro de 3.600 millones de años, Tritón pasará dentro del límite de Roche de Neptuno.[25] Esto dará como resultado una colisión con la atmósfera de Neptuno o la ruptura de Tritón, formando un nuevo sistema de anillos similar al que se encuentra alrededor de Saturno.[25]

Cuarta parte: un planeta con una luna retrógrada.

Entonces, si Tritón ya ha estado orbitando a Neptuno durante miles de millones de años, y todavía tiene otros 3600 millones de años para acercarse cada vez más a Neptuno antes de ser destruido, muestra que en algunos casos un satélite retrógrado capturado puede acercarse cada vez más al planeta durante miles de millones de años antes del desastre final. Miles de millones de años durante los cuales el planeta podría volverse habitable para los humanos.

Entonces, hipotéticamente, un planeta similar a la Tierra podría capturar una gran luna en una órbita retrógrada, y el planeta podría durar miles de millones de años y volverse habitable para los humanos, antes de que esa luna retrógrada se estrelle contra el planeta y convierta toda la corteza del planeta en fundido. lava al rojo vivo, destruyendo toda la vida.

Entonces, tal vez el planeta en su historia capturó un objeto grande en una órbita retrógrada y esa luna ahora está muy cerca del planeta y está a punto de causar un desastre terrible en muy poco tiempo según los estándares astronómicos y geológicos, aunque tal vez en mucho tiempo. según los estándares humanos. En ese caso, las mareas producidas por la luna serían casi tan altas como jamás llegarán.

Quinta parte: un viejo planeta con una luna prograda adquirida recientemente.

O tal vez el planeta se formó y desarrolló durante miles de millones de años y se volvió habitable para los humanos, y luego relativamente "recientemente" en una escala de tiempo astronómica tuvo la oportunidad de capturar un objeto grande en una órbita progresiva.

Si la luna recién adquirida estuviera en una órbita progresiva justo por encima de la distancia orbital sincrónica, comenzaría a disminuir la velocidad del día del planeta y se alejaría del planeta, disminuyendo la altura de sus mareas en el planeta. Pero si la captura fuera relativamente reciente en una escala de tiempo cósmica, la luna no se habría alejado mucho y las mareas seguirían siendo casi tan fuertes como al principio.

Si la luna recién adquirida estuviera en una órbita progresiva justo por debajo de la distancia orbital sincrónica, descendería lentamente en espiral hacia el planeta y un terrible desastre que acabaría con toda la vida en el planeta. Pero si la captura fuera relativamente reciente en una escala de tiempo cósmica, la luna no se habría acercado mucho más y las mareas serían solo un poco más fuertes que en la distancia orbital sincrónica.

Sexta parte: un planeta joven que ha sido terraformado mientras su luna aún está cerca.

Otra posibilidad es que el planeta sea joven y tenga una gran luna recién formada que todavía esté muy cerca del planeta, y una civilización avanzada haya terraformado el planeta para hacerlo habitable.

Séptima parte: una exoluna habitable que orbita un exoplaneta gigante.

O posiblemente su planeta no sea un planeta, sino una exoluna gigante, del tamaño de un planeta, habitable, que orbita alrededor de un exoplaneta gigante. Por lo tanto, el planeta estaría bloqueado por mareas con el exoplaneta gigante. Eso normalmente congelaría las protuberancias de las mareas en dos lados opuestos de la exoluna, uno mirando directamente al planeta y el otro mirando directamente al otro lado del planeta. Pero si el planeta gigante tiene otras lunas grandes en órbita, su gravedad hará que la luna tenga mareas que se muevan sobre su superficie a medida que cambien las posiciones relativas de esas lunas.

Si desea que el día de la exomún bloqueada por mareas sea igual a aproximadamente un día terrestre, la exoluna tendrá que orbitar el exoplaneta con un período de aproximadamente un día terrestre. Y dado que la exoluna y el exoplaneta también estarán orbitando la estrella del sistema, el ciclo día-noche de la exómona será en realidad algo más largo que su período orbital alrededor del exoplaneta. Ver día sinódico y día sideral para una explicación.

Suponiendo que el exoplaneta es exactamente como el planeta Júpiter, un exomon con un período orbital de exactamente un día terrestre orbitaría muchos miles de kilómetros más allá de la órbita de Tebe, con un semieje mayor de 222.452 kilómetros y un período de 0,6778 días, y muchos miles de kilómetros dentro de la órbita de Io, con un semieje mayor de 421,70 kilómetros y un período orbital de 1,7691 días.

Se ha sugerido que las exolunas que orbitan exoplanetas a distancias de 5 a 20 radios planetarios pueden ser habitables, si otros factores son correctos. El radio ecuatorial de Júpiter es de 71 492 kilómetros, por lo que 5 a 20 radios planetarios de Júpiter serían alrededor de 357 460 a 1 429 840 kilómetros.

Parte ocho: un planeta habitable con grandes mareas de planetas vecinos.

El sistema TRAPPIST-1 tiene varios planetas orbitando en la zona habitable circunestelar de su estrella que están muy cerca de su estrella y, por lo tanto, entre sí.

Las órbitas del sistema planetario TRAPPIST-1 son muy planas y compactas. Los siete planetas de TRAPPIST-1 orbitan mucho más cerca de lo que Mercurio orbita alrededor del Sol. Excepto por b, orbitan más lejos que los satélites galileanos alrededor de Júpiter,[43] pero más cerca que la mayoría de las otras lunas de Júpiter. La distancia entre las órbitas de b y c es sólo 1,6 veces la distancia entre la Tierra y la Luna. Los planetas deberían aparecer prominentemente en los cielos de los demás, en algunos casos apareciendo varias veces más grandes de lo que parece la Luna desde la Tierra.[42] Un año en el planeta más cercano pasa en solo 1,5 días terrestres, mientras que el año del séptimo planeta pasa en solo 18,8 días.[40][37]

Cuatro de los planetas orbitan dentro de la zona de impacto circunestelar, TRAPPIST-1d, TRAPPIST-1e, TRAPPIST-1f y TRAPPIST-1g. Dado que todos los planetas tienen muchas veces la masa de la Luna, y sus distancias más cercanas son solo unas pocas veces la distancia de la Tierra a la Luna, cualquier marea que puedan generar en cualquier agua en sus superficies generalmente será varias veces más fuerte que las mareas en la Tierra.

Las mareas provienen principalmente de la luna, no del sol. Hacer mareas más altas sin tocar el ciclo día/noche es fácil: acerque la luna. Como solía ser hace mucho tiempo.

El problema es con la primera restricción. La cuestión es que las mareas no solo mueven el agua por arte de magia. Es solo que la tierra es mucho más sólida, se mueve mucho menos. Haga que las mareas sean enormes y que el movimiento de la tierra también sea importante.

Observa algunas de las lunas de Júpiter: suceden cosas desagradables debido a las mareas. No sé hasta dónde puedes llegar manteniendo un planeta habitable.

Tendría cuidado con hacer que la luna fuera más masiva: generaría mareas más altas durante el transitorio, pero esas mareas, por otro lado, bloquearían rápidamente ambos cuerpos, lo que provocaría que no haya mareas, solo una protuberancia permanente.

Puede probar con las características geográficas locales para amplificar la altura de la marea

La amplitud de la marea de un lugar en particular depende menos de su posición al norte/sur del ecuador que de otros factores físicos en el área; topografía, profundidad del agua, configuración de la línea de costa, tamaño de la cuenca oceánica y otros. Por ejemplo, consideremos la costa sur de Alaska y la Columbia Británica. La configuración de esta costa es muy similar a un embudo, con el extremo angosto en Cook Inlet. Las mareas viajan como una "ola" a través de los océanos y, en muchos otros aspectos, actúan como una "ola"; este tipo de configuración tiende a acentuar la "onda" en el extremo estrecho del embudo. Esta es parte de la razón de las grandes amplitudes de marea, más de 30 pies, en el área de Cook Inlet. Si observa los rangos de marea para las estaciones en el mar de Bering, fuera de este embudo pero en la misma latitud,

Cielo lleno de gente.

Primero: ¿cómo es que ocasionalmente hay mareas muy altas y muy bajas en la Tierra?

https://oceanservice.noaa.gov/facts/springtide.html

El sol y la luna se unen para tirar del océano o se contrarrestan.

En su mundo hay más cuerpos en el cielo que afectan las mareas. Tal vez tu mundo tenga 2 o más lunas alineadas, o una estrella binaria. Tal vez su mundo es la luna de un gigante gaseoso, y en sí mismo tiene una luna y, a veces, el gigante, la luna y la estrella se unen para formar megamareas.

En cuanto a habitables, las personas que viven en las zonas afectadas por la marea no se sorprenderán. Será bastante claro dónde está la marea alta y la marea baja y la gente de mar hará concesiones.

Las mareas graves también afectarán la corteza y podrían producir sismos. Los maremotos también serán predecibles. Los terremotos de marea podrían aumentar los efectos de la tectónica de placas en su mundo y esos efectos con respecto a los terremotos y posiblemente el vulcanismo serán menos predecibles.