Para fines de escritura de historias, me gustaría una configuración realista donde haya un planeta con condiciones cercanas a la tierra en términos de gravedad, posición relativa al sol, etc. Sin embargo, mi objetivo es tener una luna mucho más grande con mayor masa y, por lo tanto, una gravedad suficiente para mantener una atmósfera. Esto lleva a preguntas sobre las duras y malvadas fuerzas de las mareas en el planeta.
Planeo resolver el problema de las fuerzas destructivas de las mareas alejando la luna. Esta parece ser la sabiduría predominante y tiene mucho sentido. Sin embargo, me preocupa que la luna rompa una órbita lo suficientemente grande (que mi comprensión limitada de tales cosas sugiere que sucedería) y necesitaría calcular (1) qué tan grande se vería la luna desde la superficie del planeta (2) cuáles serían las mareas como y (3) qué tipo de tiempos de vuelo entre los dos podría haber.
Me imagino que la luna se vería más grande, que los tiempos de vuelo serían mayores pero la diferencia sería trivial y que las mareas en el planeta serían fuertes en la costa mientras que las mareas en la luna estarían tranquilas (¿no es así?)
No estoy buscando mareas similares a las de la tierra, pueden ser duras siempre que no hagan que la habitación interior no tenga sentido en el planeta.
No quiero especialmente terminar con un planeta que tenga muchos múltiplos del tamaño o la gravedad de la Tierra (hasta 1,1 g estaría bien).
Mi comprensión de algunas de las matemáticas más avanzadas es limitada en el mejor de los casos, por lo que se apreciarán las explicaciones de términos sencillos junto con la ciencia dura.
Ooh, pregunta divertida, o de hecho, un montón de preguntas agrupadas
Todavía no está claro cuáles son exactamente los mecanismos de acumulación y retención atmosférica, ya que tienes lunas como Titán (a 1.3E+23 kg es 0.0225 --masas terrestres-- o aproximadamente 1,8 veces el tamaño de nuestra luna) con una atmósfera densa (146,7 kPa o aproximadamente el 140% de la atmósfera terrestre) y planetas más pesados como Mercurio (0,055 pero sólo rastros de atmósfera) y Marte (0.107 con 0.636 kPa o ~1% de la Tierra). Además, aunque la Tierra y Venus tienen un tamaño similar (la Tierra es un poco más grande), Venus tiene una atmósfera ~90 veces más densa.
Entonces, obviamente, la masa de la luna , la distancia de la estrella principal, la dotación de gas original y la presencia y la fuerza de una magnetosfera juegan un papel:
Una masa más alta significa una velocidad de escape más alta , lo que ayuda al objeto a retener los gases. Como regla general, generalmente desea que la velocidad de escape del objeto sea al menos 6 veces la velocidad media del gas en particular. Por ejemplo, la Tierra tiene una velocidad de escape de 11,2 km/s, mientras que el O2 a 20 C tiene una velocidad molecular media de 0,48 km/s, por lo que la Tierra puede retener oxígeno molecular durante miles de millones de años. Marte tiene una velocidad de escape de 5 km/s, por lo que el hidrógeno molecular (la velocidad promedio a 20 °C es de 1,9 km/s) no puede retenerse a largo plazo en ninguno de los planetas.
La distancia desde la estrella principal tiene 2 efectos. La radiación de la estrella calienta el gas en la superficie de la luna/planeta (aumentando la velocidad molecular), y la estrella emite vientos estelares, un flujo de partículas cargadas que actúan para despojar a los planetas de su gas (por lo tanto, Mercurio, el más cercano al sol, tiene solo trazas cantidades de gas)
Dotación original de gas al final de la etapa de formación planetaria de los primeros ~200 millones de años de existencia del sistema estelar. Esto es lo más difícil de tener en cuenta, pero podría explicar por qué Venus y la Tierra son tan diferentes (eso y los océanos de la Tierra). Por ejemplo, podría ser que el impacto que creó la luna dispersó parte o la mayor parte de la atmósfera inicial de la Tierra .
Las magnetosferas desvían los vientos solares entrantes, en cierto sentido protegen la atmósfera de los impactos con las partículas altamente cargadas del viento solar y la disociación molecular que las capas superiores de la atmósfera experimentarían de otro modo. Estos también son misteriosos. Para los planetas de tamaño terrestre, parecen estar relacionados con la actividad en el núcleo de hierro fundido y la velocidad de rotación, pero aún no entendemos bien la mecánica.
Bueno, depende del tipo de ambiente que quieras. Si está de acuerdo con Titán (recuerde: su masa es 1.8 de la luna terrestre, ~ 2% de la Tierra) puede obtener 98% de nitrógeno y algo de metano. No es transpirable, pero podrías vivir con un equipo de buceo sellado si fuera lo suficientemente cálido, no con los voluminosos trajes espaciales lunares de las misiones Apolo. La gravedad superficial sería similar a la de la luna (más masa pero menos densa). Tendrías lagos de compuestos similares a la gasolina en la superficie. Las mareas serían similares a lo que ves ahora, mientras que la luna sería más grande en el cielo del planeta debido a su atmósfera. Por supuesto, esto podría ser difícil de explicar en términos de formación y cómo se mantiene, ya que llevar a Titán a la órbita de la Tierra lo haría 10 veces más cálido y probablemente resultaría en una pérdida total de la atmósfera en unos 10 millones de años, pero cosas más extrañas han ocurrido. sucedió.
Si desea una atmósfera similar a la de la Tierra con agua y todo eso, estable durante miles de millones de años, es posible que necesite un núcleo fundido para la magnetosfera, una gravedad lo suficientemente alta, etc., lo que significa que probablemente necesite algo alrededor de 0.4 o más grande, por lo que una luna más grande que Marte. En ese momento, no es realmente una luna, sino un planeta doble. Eso viene con sus propios dolores de cabeza. Con una masa tan alta, los dos mundos se bloquearían rápidamente, es decir, girarían en sincronía y siempre mostrarían la misma cara al otro. (Su 'luna' solo sería visible desde la mitad del planeta, sin mareas y posiblemente días muy largos).
Las lunas no escapan de sus órbitas . Pueden desplazarse hacia afuera y hacia adentro con el tiempo, pero hay un límite en cuanto a qué tan lejos pueden alejarse. Nuestra luna actualmente se desplaza hacia afuera unos pocos centímetros por año debido a la desaceleración de la rotación de la Tierra. Este efecto de desaceleración en la Tierra transfiere energía a la Luna alejándola. Cuando la Tierra finalmente se bloquee por mareas con la Luna (en aproximadamente 15 mil millones de años), la luna dejará de desplazarse hacia afuera. Además, cuanto más se aleja la Luna, menos arrastre tiene en nuestra rotación, lo que ralentiza su deriva hacia el exterior y hace que el proceso lleve mucho, mucho más tiempo.
Atmósfera lunar Como regla general, cuanto más cerca estés del sol, más masivo debe ser el planeta para retener una atmósfera debido a que el sol energiza más las partículas. Como una apuesta segura para un planeta a una distancia aproximada de la tierra, haría que la luna fuera al menos la mitad de masiva que la tierra para poder retener esos gases y evitar un escape masivo. Dependiendo de la densidad de la luna, esto podría conducir a diferentes tamaños del globo.
Campo magnético Con el campo magnético, lo mejor sería tener una luna que gire libremente lo suficientemente masiva con suficiente calor interno para generar su propio campo. Las fuerzas de marea pueden actuar para calentar aún más el interior y mantenerlo agradable y calentito. Un mundo bloqueado por mareas en una órbita cercana también puede generar un campo magnético decente si su órbita no es completamente circular. Los cambios en la fuerza de las mareas pueden actuar para apretar y tirar del núcleo para calentarlo. Eso, combinado con una tasa de rotación decente, debería ser todo lo que necesita. Otra posibilidad para una luna en órbita cercana sería que se encuentre dentro del campo magnético del planeta padre. Sin embargo, el campo magnético del planeta padre probablemente tendría que ser varias veces más fuerte que el nuestro para lograr esto.
MareasEn lo que respecta a las mareas, hay un toma y daca. Si desea un cierre en la luna, probablemente estará bloqueado por mareas, lo que no significaría que no hay mareas, pero significaría mareas "congeladas". Mareas altas y bajas que nunca se moverían. La marea alta siempre miraría hacia la otra luna, y exactamente en el lado opuesto. El sol seguiría elevando las mareas, pero esto sería solo alrededor del 30% de la fuerza de las mareas aquí en la tierra. Sin embargo, esto puede cambiar drásticamente según el tamaño del planeta, la estrella y la órbita. Si quisieras mantener tu planeta girando libremente como la tierra, aleja la luna. Cuanto más masiva es la luna, más lejos debe estar para evitar el bloqueo de las mareas. Mientras tanto, mientras estás parado en una luna menos masiva, las mareas son más fuertes debido a la mayor atracción del planeta padre en relación con tu propia gravedad más escasa.
En primer lugar, no tienes que preocuparte de que la luna se "rompa". Eso solo pasa en las malas series de ciencia ficción.
La luna puede ser tan grande como el planeta (en cuyo caso se convierten en co-planetas).
A la larga, las mareas ásperas y malvadas se resuelven solas: los dos cuerpos quedan bloqueados por mareas. El proceso de ese bloqueo, que está ocurriendo hoy con la tierra perdiendo lentamente la velocidad de rotación, da como resultado que los dos cuerpos se separen lentamente, y la separación se estabiliza cuando ambos cuerpos están bloqueados. En este punto no hay mareas en ninguno de los dos cuerpos.
Suponiendo que los dos cuerpos se formaron simétricamente, con masas y velocidades de rotación idénticas, las mareas en cada cuerpo serán idénticas. Si el cuerpo más pequeño todavía está girando (a diferencia de nuestra luna), el efecto del cuerpo más grande sobre él será crear mareas más grandes que las que se encuentran en el cuerpo más grande.
El tamaño aparente del satélite desde el primario dependerá completamente de la separación y viceversa.
Desea que la luna sea lo suficientemente grande como para tener actividad geológica, de modo que se produzca un campo magnético y se pueda retener una atmósfera. Con un máximo de 1,1 g, una cosa que sugeriría es disminuir la densidad del planeta, así que disminuyámosla a la de Marte, o 3933 kg/m^3. Eso es el 71,3% de la densidad de la Tierra. De esa manera, el radio del planeta puede ser de hasta 1,54 radios terrestres, como si la densidad se mantuviera igual, la gravedad aumenta linealmente con el radio. La masa del planeta sería de 2,62 masas terrestres y querrías aumentar la masa de la luna a por lo menos 0,027 masas terrestres. Si mantuviéramos el radio orbital de la luna y la densidad iguales, el calentamiento de las mareas debería ser 291 veces más fuerte para la luna. De esa manera, debería haber suficiente magnetismo para mantener al menos una apariencia de atmósfera.
tucídides