Revisión exoplanetaria: Tormentas de roca

Se me ocurrieron un par de exoplanetas para una historia y he alcanzado los límites de mi conocimiento. Busqué en Google, y un amigo entusiasta del espacio los miró, pero admite libremente que solo está adivinando la mayor parte de esto, especialmente el maquillaje atmosférico.
El otro planeta está aquí .

Basado en sugerencias e investigaciones adicionales, ahora tengo dos versiones del planeta.

Hekaton (Versión 1)
Este planeta ctónico orbita alrededor de un gigante azul BHB, con un período orbital de 510,8 días terrestres. Su masa es de 14,5 tierras y su radio es de 2,1 tierras, con una gravedad superficial de 3,28 g. Las temperaturas de la superficie oscilan entre 110 y 180 C, con una media de 138. Su espesa atmósfera tiene una presión de 1,85 atms y está compuesta principalmente de hidrógeno, con cantidades moderadas de helio y nitrógeno, y trazas de arsénico, monóxido de carbono, y azufre. Tiene tres lunas, con radios respectivos de 0,13 tierras, 0,19 tierras y 0,265 tierras.

Su estrella emite altos niveles de radiación ultravioleta y, a pesar de la espesa atmósfera, la luz del sol es muy fuerte, capaz de causar quemaduras de tercer grado en minutos. La combinación de alta actividad volcánica combinada con la turbulencia atmosférica causada por el vulcanismo da como resultado que el aire se llene de grandes cantidades de roca. La mayor parte de esto es solo arena, pero la lluvia de piedras no es infrecuente, y varía en tamaño desde grava hasta cantos rodados. Los fuertes vientos rodean el ecuador, trayendo consigo rocas y cenizas. Cuando se canalizan a través de montañas o barrancos, se convierten en tormentas que pueden alcanzar velocidades de más de 200 km/h, dejando tras de sí enormes llanuras de ceniza y escombros.

Algunas preocupaciones específicas para la versión 1:

  • Para una estrella capaz de causar suficiente pérdida atmosférica en un pegasido como Hekaton para formar un planeta ctónico, ¿es posible que pase a una fase en la que el planeta ctónico no tenga una temperatura superficial de varios cientos de grados?
  • ¿Puede un planeta ctónico ser tan pequeño como este? Leí que se estima que la mayoría de los planetas ctónicos potenciales tienen al menos 30 masas terrestres, pero podrían ser fácilmente más pequeños, y que los Júpiter calientes y similares a menudo tienen densidades inusualmente bajas.
  • ¿Sería un gigante azul demasiado caliente para soportar esta temperatura superficial? Elegí una gigante azul BHB debido a su salida de UV, de modo que Hekaton pueda tener una luz solar letal sin estar demasiado caliente, pero si hay un mejor tipo de estrella para esto, felizmente cambiaré.
  • ¿Puede tener una radiación ultravioleta (especialmente de banda C) tan fuerte y al mismo tiempo tener una atmósfera lo suficientemente gruesa y turbulenta como para soportar las tormentas de rocas?

Hekatón (Versión 2)
Este planeta ctónico orbita alrededor de un gigante azul en una órbita bloqueada por mareas a una distancia de 0,6 AU. Su masa es de 14,5 tierras y su radio es de 2,1 tierras, con una gravedad superficial de 3,28 g. Las temperaturas de la superficie en el lado caliente oscilan entre 1500 y 1900 C, y en el lado frío entre 60 y 170 C. Su atmósfera espesa tiene una presión de 1,85 atms y está compuesta principalmente de hidrógeno, con cantidades moderadas de helio y trazas de azufre, nitrógeno, oxígeno y neón, con grandes cantidades de metales. Está en proceso de perder el resto de su atmósfera. Este diferencial de temperatura provoca una enorme turbulencia atmosférica, que transporta rocas y metales fundidos desde el lado caliente al lado frío para depositarlos en forma de lluvia. Los volcanes fomentan esto al bombear grandes cantidades de ceniza y arena al aire, columnas de las cuales recorren la superficie en grandes tormentas.

Algunas preocupaciones específicas para la versión 2:

  • Basé esta versión en Upsilon Andromedae b y elegí un tipo diferente de atmósfera. ¿Sigue funcionando el tipo de atmósfera que tengo?
  • ¿Puede un planeta bloquearse por mareas a 0,6 AU, o debo atenuar la estrella y acercar el planeta?

Sistema Planetario
Su sistema planetario es relativamente antiguo. El sistema interior está formado por dos planetas terrestres (uno de ellos a menos de 0,1 UA de la estrella), seguido de Hekaton. Más allá de Hekaton hay un cinturón de asteroides y un gas que ha perdido una gran parte de su atmósfera. Más allá hay un super-Júpiter con más de 65 masas de Júpiter que está cerca del umbral de convertirse en una enana marrón. El planeta final es un gigante de hielo cerca de la nube de Oort.

plausibilidad

¿Cuán plausible es que este planeta y este sistema se hayan desarrollado naturalmente? Si es inverosímil, ¿qué cambios lo harían más realista?

Mi objetivo general es crear un planeta exoplaneta interesante que sea completamente intimidante para la vida biológica pero que razonablemente podría ser colonizado permanentemente por una civilización robótica con tecnología que funcione mejor en el rango de -200 - 200 C, que tenga acceso a materiales inteligentes, autocontrol. reparación de edificios y nanofabricación. Su rango de gravedad ideal es de 0 g a 2 g, pero pueden funcionar hasta en 4 g. Por supuesto, la colonización sería clandestina.

Los aspectos únicos importantes de este planeta son que es un planeta ctónico con fuerte luz solar ultravioleta y tormentas de rocas que se utilizarán para la minería. Cualquier sugerencia de cambios en cualquier otro aspecto que haga que los aspectos centrales sean más plausibles son muy apreciados.

Universo bien pensado y una pregunta bien escrita. ¡Espero que obtengas una buena respuesta!
Esto definitivamente debería ser dos preguntas, juntas esto suena demasiado amplio.
Me parece bien. Pondré el segundo planeta en una pregunta diferente, entonces.
El planeta interior que está cerca de una estrella azul, si es que pudiera existir, probablemente esté tan caliente que el lado que mira hacia la estrella estaría fundido o cerca de ella.
Viejo: bueno, ¿cuál es la vida útil de una estrella gigante B? Planeta cercano, gigantes gaseosos distantes y nube de estrellas: consulte los datos más recientes sobre modelos de formación planetaria.
Aparentemente, los gigantes azules pueden durar hasta mil millones de años, pero no necesito que el mío dure más de 100 millones. Y sí, esos planetas terrestres interiores estarían casi fundidos en el mejor de los casos. Estoy pensando que la estrella ya ha consumido un par de planetas interiores, y el planeta más interior probablemente será el siguiente. Aparentemente, los 'planetas de lava' son una cosa, aunque el planeta más interno podría incluso estar más allá y estar en proceso de desintegración.
65 masas de Júpiter ya es una enana marrón. ¿Quizás te referías a las enanas rojas?

Respuestas (3)

El planeta

El radio que tienes está perfectamente bien. Es cierto que los planetas ctónicos pueden tener masas de 30 a 100 veces la de la Tierra, pero esto se debe simplemente a que son extremadamente densos. Mocquet et al. (2014) reunieron curvas de masa-radio para varias composiciones diferentes, siendo la más baja el hierro ( Fig. 1 ). Luego trazaron ciertos planetas en el gráfico y encontraron varios por debajo del límite de la línea de hierro. Lo he modificado, añadiendo en tu planeta:

Su planeta en realidad cae sobre la curva de un planeta océano. ¡No es tan denso como la mayoría de los planetas ctónicos! Para ser franco, su planeta no es demasiado pequeño para su masa; es demasiado grande El gráfico sugiere que 1,5 radios terrestres sería mejor.

Los modelos de Seager et al. (2009) apoyan esto. Tracé a Hekaton en su Fig. 4, que lo muestra cerca de ser un planeta oceánico:

Esto corresponde a una ecuación de estado caracterizada por el parámetro norte ≈ 0.513 , que se puede usar en la relación masa-radio de los autores (que expliqué aquí ).

Voy a pasar una discusión sobre las tormentas de rocas; eso está fuera de mi territorio. Con suerte, alguien más puede darle un buen tratamiento. Todo lo que diré es que estoy bastante confundido en cuanto a cómo un planeta al que se le ha quitado la atmósfera puede mantener algo parecido a una atmósfera.

La estrella

Podemos estimar la temperatura del planeta en una medida decente utilizando la fórmula para la temperatura efectiva :

T = ( L ( 1 − a ) dieciséis π σ D 2 ) 1 4
A partir de un gráfico aquí (originalmente de Heber (2009)), podemos dar una estimación conservadora de la luminosidad de la estrella de aproximadamente diez veces la del Sol. Convirtiendo su período orbital en un semieje mayor (~1,43 AU, suponiendo una masa estelar de ~2 masas solares) y conectando un albedo similar al de la Tierra, obtengo una temperatura superficial de 389 K, o 109 °C. en realidad se adapta bastante bien a su rango de temperatura. Sin embargo, los océanos se evaporarán, por lo que no te quedará un planeta oceánico.

Dicho esto, el albedo será diferente, porque el planeta claramente no será como la Tierra, por lo que los resultados podrían ser muy diferentes. Además, no tuve en cuenta la atmósfera. He escrito sobre los efectos del calentamiento a través del forzamiento radiativo aquí ; echa un vistazo si quieres jugar un poco.

Supongo que podrías hacer que la migración planetaria aleje al planeta ctónico de la estrella, pero para ser sincero, sería difícil. Podrías interactuar con los planetas terrestres en el sistema interno, pero apostaría a que, con toda probabilidad, serán los cuerpos que están dispersos. La migración del disco de gas no funcionará, porque el sistema es lo suficientemente antiguo como para que cualquier disco se haya disipado en el momento en que el planeta fue despojado de su atmósfera. Su mejor opción podría ser tratar de usar los efectos de las mareas para aumentar el semieje mayor, aunque como Jackson et al. (2008) , esto realmente debería disminuir el semieje mayor, no aumentarlo.

Actualizaciones después de las ediciones de la pregunta

Sus nuevas inquietudes son bastante simples de abordar. El bloqueo de marea es ciertamente posible a 0,6 AU, y la escala de tiempo es fácil de calcular . Sin embargo, puede llevar bastante tiempo; muchos planetas bloqueados por mareas están mucho más cerca de sus estrellas que esta nueva versión de Hekaton.

Además, el ambiente está bien. El planeta tiene una masa lo suficientemente alta como para que la velocidad de escape sea de unos 30 km/s; de acuerdo con esto , las condiciones son las adecuadas para mantener una envoltura de hidrógeno, incluso a las temperaturas de las que habla.

Actualicé el radio del planeta a algo más parecido a un planeta ctónico. Para su atmósfera, supuse que un gigante de gas caliente perdería atmósfera de manera constante, y que después de cierto punto de corte se llamaría simplemente planeta ctónico, incluso si todavía le queda atmósfera. Es cierto que seguiría agotándose, pero aún estaría allí a corto plazo. Si es más probable que los cuerpos terrestres se dispersen, ¿sería viable que uno de ellos impacte con mi planeta y lo empuje hacia atrás (posiblemente incluso fracturándolo para dar cuenta de la densidad reducida)?
@emobob Respuesta editada. Sin embargo, en el futuro, trate de no hacer tantos cambios en la pregunta. Hace que sea más difícil de responder. :-)
Lo lamento. El aumento de densidad necesario para que siguiera siendo un planeta ctónico significó que la gravedad aumentó hasta el punto en que sentí que las tormentas de rocas que quería eran inverosímiles, así que reelaboré el planeta. En el futuro, ¿debería simplemente marcar una respuesta y hacer que la nueva versión sea una nueva pregunta?

El Sol es una estrella enana amarilla, tipo G2V, con temperatura superficial ~ 5700K. Una gigante azul es de tipo O, B o A con una temperatura superficial superior a 10 000 K.

Su planeta está a 1,4 AU de su estrella (órbita de 511 días), miremos una estrella con, digamos, 3 masas solares.

Con los números de albedo y efecto invernadero de la Tierra, la temperatura de la superficie será de alrededor de 538F o 281C. Usted dice que el planeta tiene una atmósfera espesa y, por lo tanto, un alto efecto invernadero, pero "la luz del sol es muy fuerte", lo que significa un bajo albedo. Eso hará que el planeta se caliente aún más.

Puede usar esta calculadora y jugar con la masa de la estrella, la distancia del planeta, el albedo y los números del efecto invernadero y ver cuál será la temperatura superficial resultante.

Clasificaciones de estrellas:ingrese la descripción de la imagen aquí

La información detallada se puede encontrar aquí

Miré una lista de estrellas anfitrionas exoplanetarias que encontré en Wikipedia que enumera aproximadamente un tercio de los exoplanetas detectados (alrededor de 600 de aproximadamente 2000) y no veo ninguno alrededor de los gigantes azules. Eso no significa que no existan, probablemente el telescopio Kepler (que es responsable de la gran cantidad de exoplanetas descubiertos) simplemente no los está apuntando, ya que son bastante raros.

¡Esa es una herramienta realmente genial! Mi idea había sido que el planeta tendría una concentración relativamente baja de gases de efecto invernadero a pesar de su espesa atmósfera. Entonces, con un desorden estelar de 2 (como lo sugiere HDE 226868), una órbita aumentada de 1.5 AU, un albedo de 14 y un efecto invernadero de .9, la calculadora da una temperatura de 138 C, que está dentro de mi rango. Subiré la temperatura mínima.

Acabo de hacer un cálculo rápido usando la Ley de Gravitación Universal de Newton para ver si tu planeta realmente tendría la gravedad que crees que tiene. Un objeto experimenta una fuerza de gravedad de 1,76*10^7 N/kg en tu planeta. A modo de comparación, un objeto experimenta una fuerza de 9,81 N/kg en la Tierra.

Recomiendo jugar con la masa y el tamaño de tu planeta hasta que tenga la gravedad que deseas. Para comprobar si has dado en el blanco, utiliza la Ley de la Gravitación Universal. No es 100% preciso, pero para algo como un planeta será preciso con más decimales de los que te importarán.

Por supuesto, siempre tienes la opción de no preocuparte por lo que dice la física y hacer lo que quieras, pero en ese caso no veo mucho sentido en usar números exactos.

No importa, mis matemáticas estaban mal. Haciendo un cálculo correcto muestra que la gravedad newtoniana de tu planeta es 1.79G.

Hice un repaso rápido de esa matemática usando solo los órdenes de magnitud y no obtuve el * 10 ^ 7 que obtuviste. Creo que es porque, según su enlace Wolfram-Alpha, usa 6371 como el radio de la Tierra, pero ese valor está en kilómetros, no en metros. Usando el valor correcto para el radio, calculo que la gravedad sería un poco más de 17 veces la de la Tierra.
Parece que la 'solución fácil' que encontré de simplemente sustituir '1' por la masa y el radio de la tierra estaba muy lejos. Pensé que parecía sospechosamente fácil...
En realidad, espera. Si multiplico tu radio por 1000 para convertirlo en kilómetros, y pongo 1 como multiplicador tanto para la masa como para el radio, obtengo 9,8195 , que es casi exactamente la gravedad de la Tierra, lo que significa que tu ecuación devuelve newtons/kilogramo, no Gs. Entonces, si divido por ese número y conecto mi masa y radio, obtengo 1.79G , lo que significa que mi cálculo inicial fue correcto.
Cometí un error: la gravedad sería 1,7x* la de la Tierra, o en realidad más como 1,8x.
@emobob Sí, tenías razón, las unidades incorrectas me llevaron a la respuesta incorrecta. Mis disculpas por la confusión.
Revisión exoplanetaria: Tormentas de roca
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