¿Cuál es el número máximo teórico de planetas habitables en un sistema solar?

En el universo del cómic de DC, el Sistema Vega es un sistema solar alrededor de la estrella Vega (Alpha Lyrae), que se representa con docenas de planetas habitables. Si bien parece ser un número inverosímilmente grande, me hace preguntarme: ¿ qué tipo de estrella y disposición permite el número máximo teórico de planetas habitables por humanos (o lunas del tamaño de un planeta) en un sistema solar?

Supongo que la respuesta probablemente involucraría múltiples planetas masivos de súper Júpiter que orbitan en la zona Goldilocks de la estrella, cada uno de los cuales tiene múltiples lunas habitables, además de tener más planetas habitables en sus puntos L4 y L5 Lagrange, pero yo No soy lo suficientemente versado en matemáticas para resolverlo por mí mismo.

Dado que la masa estelar es inversamente proporcional a la vida útil de la estrella (o, al menos, está negativamente correlacionada con la vida útil, si no es estrictamente inversamente proporcional; de nuevo, no estoy familiarizado con las matemáticas), tener una estrella súper masiva con una gran zona Goldilocks no es útil si la estrella muere antes de que evolucione la vida, por lo que necesitaría tener una vida útil de al menos varios miles de millones de años para que la vida comience.

Esto es al menos incómodo, si no imposible, de responder sin una masa estelar específica con la que trabajar. ¿Quiere que basemos nuestro trabajo en la propia Vega? De hecho, ¿estamos restringidos a una sola estrella en el sistema?
Como ejemplo del mundo real, Trappist-1 tiene 3 planetas en la zona habitable , pero hay muchos factores.
@ AndyD273 dependiendo de cuán generosamente defina su zona habitable, nuestro propio sistema solar tiene 3 planetas en su CHZ.
El título de su pregunta dice planetas, pero el cuerpo del texto implica que las lunas también son aceptables. De cualquier manera está bien para su pregunta, pero déjelo en claro.
Estoy de acuerdo con la pregunta que no especifica una estrella o incluso un tipo de estrella, porque averiguar qué tipo de estrella y sus especificaciones pueden soportar los cuerpos más habitables es parte de la pregunta.
¿Tiene que ser un sistema natural?
@StarfishPrime Creo que la definición de "Zona Goldilocks", aunque una vez que incluyó a Marte y Venus, se ha redefinido recientemente para excluirlos. El caso de TRAPPIST-1 creo que usa los modelos más nuevos de lo que se considera dentro de la Zona Goldilocks. Sin embargo, esto no define qué es "habitable", ya que las lunas gigantes gaseosas podrían resultar habitables, especialmente si comienzas a considerar formas de vida alternativas.
No hay una "teoría" que aplicar a este problema para obtener una respuesta científica. Esto es puramente basado en opiniones. Incluso el término "zona habitable" tiene un significado muy vago.
@Cyn Un "planeta habitable" para esta pregunta puede considerarse un cuerpo estelar (planeta, luna, etc.) que tiene el tamaño suficiente para retener una atmósfera respirable en su superficie y con una temperatura que permitiría agua líquida presente .
Y sin ningún otro factor que lo haga inhabitable (por ejemplo, cantidades masivas de radiación ionizante de otros objetos).
Ha dejado esto demasiado amplio, sin un punto de referencia estelar, fijo y real para comenzar, podemos llevar esto a donde queramos.
@Ash, leí la pregunta como "elige la estrella para maximizar el recuento de cuerpos habitables".
@SRM Excepto que no especifica la estrella, no establece ningún límite en la cantidad de estrellas que podríamos decidir usar.
@ash y, sin embargo, alguien logró proporcionar una respuesta espectacular.
@SRM No, copiaron la respuesta de solo enlace ahora eliminada de Juraj, mientras ponían más material del sitio web en cuestión en la página. El hecho de que alguien más ya haya considerado la pregunta sin restricciones, o sin ninguna ambición real dado que no usa estrellas sino un agujero negro súper masivo, no hace que esta sea una pregunta clara.
@Ash me pareció bastante claro, por eso no voté para cerrar. La pregunta es una buena pregunta, una que posiblemente muchas personas harían y estarían interesadas en escuchar la respuesta. Es posible que una buena pregunta no tenga todas las limitaciones que un experto proporcionaría, pero ese es el trabajo de una buena respuesta.

Respuestas (3)

Esto se basa en la información que se encuentra en el enlace proporcionado por Juraj .

La respuesta es 2.862.106 tierras en la zona de Ricitos de Oro.

Cómo poner 2.862.106 tierras en órbitas habitables: Reglas, todas tienen que tener exactamente la misma masa.
Múltiples planetas pueden estar en la misma órbita, siempre que haya al menos 7 y estén separados por al menos 12 distancias entre sí.
Puede agrupar los anillos más juntos si los anillos alternativos orbitan en direcciones opuestas.

Primero, comience con un agujero negro súper masivo de 1,000,000 de masas solares.
El radio de Schwarzschild de este agujero negro es 0,02 AU, o 3.000.000 km. La órbita estable más cercana es .06 AU.
Ponga el Sol en órbita a su alrededor a 0,2 UA. Por supuesto, el agujero negro no emite luz, pero el sol sí, por lo que esto nos dará una zona habitable. Por supuesto, las fuerzas de marea sobre el sol lo desgarrarán en un disco de acreción, pero seguirá emitiendo luz.

Debido a las 1.000.001 masas solares del sistema agujero negro/sol, el radio de la colina de cada tierra es 1/100 menor de lo que sería alrededor del sol. Entonces puedes poner 4154 planetas en cada anillo de planetas.
Si los anillos alternos son retrógrados, puede colocar 689 anillos en la zona habitable del sol.

Alternativamente, podría evitar que el sol se desgarre en un disco de acreción al tener un anillo de 9 soles espaciados uniformemente en una órbita a .5 AU. La radiación solar adicional alejaría la zona habitable, pero por lo demás, la cantidad de planetas y la cantidad de órbitas se mantienen iguales.

Otra posibilidad sería poner los soles en el exterior, con 36 de ellos orbitando en un anillo a 6 UA. Esto significaría que cada planeta recibiría luz de todos lados, lo que significa que nunca habría noche.

Desventajas:

  1. No vas a encontrar un sistema como este en la naturaleza.
  2. Cada planeta estaría orbitando muy rápido, dando la vuelta al agujero negro cada 9 horas en lugar de 365 días. Así que los planetas se estarían moviendo a alrededor de 0,1 C.
  3. Los planetas en diferentes órbitas se verían afectados de manera diferente por la relatividad, y las personas en planetas con órbitas más cercanas envejecerían más lentamente que las personas en órbitas más lejanas.
  4. Debido a las velocidades orbitales involucradas, nunca podrías visitar un planeta en otra órbita. Pero hay más de 4000 planetas en su órbita, y serían estacionarios en relación con usted, y solo a la distancia de la tierra y la luna, por lo que viajar entre ellos sería casi trivial. Si se bloquearan por mareas, podría viajar entre ellos utilizando un ascensor espacial.
Esto parece que debería estar en una novela de Iain Banks.
Mi respuesta fue eliminada, la fuente fue el blog "The Ultimate Solar System": planetplanet.net/the-ultimate-solar-system . Gracias.
@Juraj lo agregó en la parte superior. ¡Información súper interesante!
@Juraj eliminado ¿cómo? ¿Por quién? ¿Por qué? ¿Te autoborraste?
@Loduwijk no importa, no puse detalles allí y fue en contra de las pautas
¿Qué tan mala sería la radiación de Hawking del agujero negro en la variante de nueve soles? ¿Tendrían que preocuparse los equivalentes terrestres de que sus atmósferas se ionicen y se desintegren, o de que sus superficies se horneen por la radiación gamma?
@ nick012000 Esa es una buena pregunta, pero según mi lectura, el problema no sería por la radiación de hawking. Las teorías parecen decir que la radiación de halcón probablemente será de baja temperatura y baja energía. En la variación de estrella única, donde la estrella se convierte en un disco de acreción, es probable que obtengas chorros de rayos X y similares cerca de los polos de los agujeros negros, pero no sé si eso afectará a los planetas. En la versión de 9 soles, obtendría mucha más radiación solar, por lo que la zona habitable se retrasa. El aumento de la distancia reduce la cantidad de radiación. Los campos magnéticos también juegan un papel.
La radiación de halcón de un agujero negro de tamaño estelar no es ningún problema. Su temperatura es más baja que la radiación de fondo de microondas afaik. Pero las emisiones de rayos gamma del disco de acreción alrededor del agujero negro me preocupan. Un planeta que constantemente está siendo asado con rayos gamma no es exactamente habitable... Por lo tanto, la pregunta más apremiante sería: ¿ exactamente con qué rapidez el agujero negro robaría materia de la estrella? ¿Y cuánta radiación gamma produciría esa materia en espiral hacia su descanso eterno?
@cmaster Dado que este es un sistema diseñado y fabricado artificialmente por su propia naturaleza, supondré que, al menos en el segundo y tercer escenario, no hay disco de acreción. Si el anillo estelar tiene una órbita estable y no hay transferencia de masa, entonces no habría disco de acreción .
Sí, por supuesto, el sistema debe configurarse para evitar el disco de acreción. Debería haber formulado la pregunta de manera diferente: ¿ A qué distancia deben estar las estrellas del agujero negro para reducir la cantidad de robo de masa a cantidades tolerables?
Creo que si va a tener este nivel de poder de ingeniería astronómica, me preguntaría por qué no está simplemente construyendo una esfera Dyson gigante o un enjambre en su lugar, que parecería mucho más seguro y que es en cierto modo lo que esto es de todos modos. Incluso ~3M Tierras tienen un área de superficie total de solo 1.5 × 10 9   METRO metro 2 , pero un Dyson de caparazón sólido de 150 000 Mm de radio (sobre la órbita de la Tierra) le da aproximadamente 3 × 10 11   METRO metro 2 , unas 200 veces más y mucho más controlable para arrancar.
@The_Sympathizer Porque la pregunta era sobre la cantidad máxima posible de planetas en una zona habitable, no sobre un caparazón dyson. :) Aquí hay principios que podrían usarse para hacer un número menor de sistemas planetarios, posiblemente sin los inconvenientes que tiene este sistema, pero de eso no se trata la pregunta. Dyson Shells y Dyson Rings tienen un defecto en el que son inestables, ya que la estrella tira por todos lados y técnicamente no están en órbita. Tiene que ser corregido constantemente. Un enjambre de Dyson es mejor, pero no por el espacio habitable dentro de la zona habitable limitada.
No creo que esto vaya a funcionar: además de eclipsar la luz del Sol, los planetas de los anillos ahora están formando un disco de acreción. ¿Qué impide que los planetas se atraigan entre sí y colisionen? Esto es básicamente una roseta de Klemperer escrita en grande y propensa a colapsar.
@LSerni No sé si los planetas forman discos de acreción, pero los eclipses realmente no serán un problema debido al tamaño de las estrellas. No tenemos eclipses de Venus porque el sol es tan grande que no puede bloquear suficiente luz. En el anillo de estrellas del modelo interior o exterior, habrá tanta radiación solar que la sombra proyectada por un planeta en una órbita diferente será insignificante. En cuanto a que la roseta Klemperer es inestable, es por eso que todos tienen que tener exactamente la misma masa. Tiene que ser un sistema administrado artificial.
@LSerni Es por eso que el centro es un agujero negro supermasivo: hace que las cosas sean mucho más estables.
Más de 2 años tarde para esto, pero no estoy seguro de cómo va a ser difícil viajar entre órbitas. La órbita más cercana al agujero negro estará en 0.1c, y cada órbita sucesiva será relativamente más lenta. La palabra clave aquí es relativa, porque la diferencia de velocidad relativa entre una órbita a 0,1c y una a 0,08c es 0,02c, que es 5.995.849,16 m/s o ~6 km/s. Dado que el satélite más rápido fabricado por el hombre ha alcanzado velocidades superiores a los 100 km/s, no veo cómo viajar entre mundos en diferentes órbitas es un problema insuperable.
@Baron_vonCernogratz Ha pasado un tiempo, pero si no recuerdo mal, para obtener el máximo empaquetamiento, cada anillo de planetas debe estar retrógrado (orbitando en la dirección opuesta) a los anillos de cada lado. Entonces, es más que los planetas en esos anillos están viajando hacia ti en más de 0.2c. Además, sé que soy un sucio usuario de unidades imperiales, pero al convertir m/s a km/s, ¿no se divide simplemente por 1000? Entonces, ¿sería una diferencia de ~ 6000 km / s entre anillos, incluso si no fueran retrógrados? Lo siento si lo arruiné. :) ¡Gracias por el comentario!
@Baron_vonCernogratz. Perdiste tres ceros allí. Y tienes que eludir el próximo anillo porque va en la otra dirección. Por lo tanto, está buscando 12,000 km / seg para igualar. Tampoco creo que el aerofrenado en un planeta pueda quitarle un mordisco significativo a esto.
¡Ay! No sé cómo me perdí eso, pero sí, tienes razón. Gracias.

RESPUESTA CORTA:

Es imposible calcular una respuesta a su pregunta, por lo tanto, espero que no obtenga ninguna respuesta científica dura a su pregunta específica. Sin embargo, es posible que los expertos le den cálculos sobre algunos factores limitantes.

RESPUESTA LARGA:

Hasta donde yo sé, no existe un número máximo teórico de planetas habitables en un sistema estelar. Los sistemas estelares con planetas habitables probablemente se vuelven más raros a medida que aumenta el número de planetas habitables, por lo que estadísticamente es cada vez menos probable encontrar sistemas estelares con más planetas habitables y encontrar un sistema estelar con más de un número específico probablemente se vuelve extremadamente improbable.

En realidad, nadie ha descubierto ningún planeta habitable fuera de nuestro sistema solar, ya que con la tecnología actual es imposible saber si un exoplaneta es habitable o no.

Pero los astrónomos han descubierto algunos planetas del tamaño aproximado de la Tierra que orbitan dentro de las zonas habitables de sus estrellas, y consideran que esos planetas son planetas potencialmente habitables. Se descubrirán más planetas de este tipo. En algún momento en el futuro, cada uno de esos planetas potencialmente habitables se clasificará como inhabitable o habitable a medida que se descubran más pruebas sobre sus condiciones.

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_potentially_habitable_exoplanets[1]

En la actualidad se desconoce cuán comunes son los planetas habitables y, por lo tanto, qué proporción de sistemas estelares tienen incluso un planeta habitable. Y, por supuesto, los sistemas con un planeta habitable son probablemente más comunes que los sistemas con dos planetas habitables que probablemente son más comunes que los sistemas solares con tres planetas habitables y así sucesivamente.

En algún momento en el futuro, los astrónomos pueden haber detectado muchos exoplanetas habitables y ser capaces de calcular qué porcentaje de sistemas estelares tienen un planeta habitable cada uno, qué porcentaje de sistemas estelares tienen dos planetas habitables cada uno, qué porcentaje de sistemas estelares tienen tres planetas habitables cada uno , etcétera.

Y luego podrían calcular un límite superior para los planetas habitables en un solo sistema estelar que probablemente se encuentre entre mil sistemas estelares, o entre un millón de sistemas estelares, y así sucesivamente. Deberían poder calcular la mayor cantidad de planetas habitables en un solo sistema estelar que probablemente se encuentre en la Vía Láctea, nuestra galaxia, con sus cientos de miles de millones de sistemas estelares.

Incluso podrían calcular la mayor cantidad de planetas habitables en un solo sistema estelar que probablemente se encuentre en todo el universo observable con sus cientos de miles de millones de galaxias.

Pero nadie podrá calcular el mayor número de planetas habitables en un solo sistema estelar que probablemente se encontrará en todo el universo que realmente existe, que se extiende mucho más allá del universo observable, hasta que los científicos tengan una idea mucho más precisa del tamaño de el universo real.

Y, por supuesto, es probable que los cálculos basados ​​en las frecuencias relativas de los sistemas estelares observados con uno, dos, tres, cuatro, etc. planetas habitables sean cada vez más inexactos para los sistemas estelares con un mayor número de planetas habitables, por lo que los cálculos de la frecuencia de los sistemas estelares con siete, u ocho, o nueve, etc. planetas habitables serían cada vez más inexactos. Aquí hay algunas estimaciones aproximadas de la frecuencia de los sistemas solares con varios números de planetas habitables. Estas estimaciones son totalmente arbitrarias solo para ilustrar la forma en que podría funcionar:

Sistema con 1 planeta habitable por cada 10 estrellas.

1 sistema con 2 planetas habitables por cada 100 estrellas.

1 sistema con 3 planetas habitables por cada 1.000 estrellas.

1 sistema con 4 planetas habitables por cada 10.000 estrellas.

1 sistema con 5 planetas habitables por cada 100.000 estrellas.

1 sistema con 6 planetas habitables por cada 1.000.000 de estrellas.

1 sistema con 7 planetas habitables por cada 10.000.000 de estrellas.

Entonces, un grupo aleatorio estadísticamente promedio de 10,000,000 estrellas debería tener 1 sistema con 7 planetas habitables, 10 sistemas con 6 planetas habitables, 100 sistemas con 5 planetas habitables, 1,000 sistemas con 4 planetas habitables, 10,000 sistemas con 3 planetas habitables, 100,000 sistemas con 2 planetas habitables y 1.000.000 de sistemas con 1 planeta habitable.

Habría un total de 1.111.111 sistemas con uno o más planetas habitables y 8.888.889 sistemas estelares sin planetas habitables en el grupo de 10.000.000 de sistemas estelares.

Ese es solo un ejemplo de una distribución arbitraria de sistemas estelares con varios números de planetas habitables.

Por lo tanto, cada planeta habitable en una galaxia entera tendría que ser descubierto para obtener una respuesta precisa a la pregunta de cuál es el mayor número de planetas habitables en un solo sistema estelar en esa galaxia.

Cuando era niño, me encantaban las viejas historias de ciencia ficción en las que había varios planetas habitables en el sistema solar de la Tierra, aunque la probabilidad de que eso sucediera me parecía dudosa entonces y les parecía dudosa a los astrónomos incluso cuando se escribieron esas historias.

Venus, la Tierra y Marte eran todos habitables para los humanos en muchas de esas viejas historias de ciencia ficción.

Muchas historias incluso tenían otros mundos habitables en el sistema solar. Todos los planetas desde Mercurio hasta Plutón eran habitables para los humanos y/o tenían vida nativa en al menos una vieja historia de ciencia ficción que recuerdo. Los planetas gigantes Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno tenían superficies sólidas sobre las que los terrestres podían caminar y eran habitables en algunas historias antiguas. Los satélites naturales habitables incluían la Luna (aunque generalmente en el pasado), las grandes lunas de Júpiter Io, Europa, Ganímedes y Calisto, la luna Titán de Saturno y tal vez otras, y la gran luna Tritón de Neptuno.

Una vez hice una pregunta sobre qué historia de ciencia ficción tenía los lugares más habitables de nuestro sistema solar. https://scifi.stackexchange.com/questions/94599/which-science-fiction-work-had-the-most-habitable-worlds-in-our-solar-system[1]

Ya en 1964 se proporcionó una especie de respuesta a su pregunta. Planetas habitables para el hombre de Stephen Dole (1964, 2009) fue un análisis detallado de los factores que influyen en la habitabilidad planetaria y la probabilidad de que un planeta sea habitable.

Según Dole, había un límite en la densidad de las órbitas de los planetas en un sistema estelar, debido a las interacciones gravitatorias entre la estrella y los planetas, lo que tendería a hacer que los planetas que orbitan demasiado cerca de otros colisionen o sean expulsados. el sistema. Creo que el tamaño de la zona exclusiva de un planeta sería mayor cuanto menor sea la fuerza gravitacional de la estrella sobre él, y menor cuanto mayor sea la fuerza gravitacional de la estrella sobre el planeta.

Según Dole, la zona de habitabilidad estelar del Sol está aproximadamente a la mitad de las zonas de exclusión de los planetas y aproximadamente a la mitad vacía. Entonces, si los planetas estuvieran lo más cerca posible, con los bordes de sus zonas de exclusión apenas tocándose, dentro de la zona de habitabilidad estelar del Sol, podría haber aproximadamente el doble de planetas en la zona de habitabilidad de los que realmente hay.

Asumiendo que hay tres planetas dentro de la zona de habitabilidad estelar del Sol, una estrella exactamente como el Sol, con un tipo espectral G2V, con la misma zona habitable circunestelar del mismo tamaño, podría tener cinco, seis o siete planetas dentro de su zona habitable circunestelar aunque eso sería ser una ocurrencia rara. Y entre las estrellas que tienen cinco, seis o siete planetas dentro de sus zonas de habitabilidad estelar, algunas tendrían cinco, seis o siete de esos planetas realmente habitables, aunque eso sería raro.

Una estrella más masiva que el Sol sería más luminosa y, por lo tanto, su zona de habitabilidad estelar sería más amplia y podría contener más planetas.

Pero Dole señaló un problema con estrellas más masivas y, por lo tanto, más luminosas. Las estrellas más masivas fusionan hidrógeno a un ritmo más rápido que el proporcional a su masa. Por lo tanto, se quedan sin combustible antes que las estrellas menos masivas, y cuando se quedan sin combustible de hidrógeno, abandonan la etapa de secuencia principal de la existencia estelar y se hinchan hasta convertirse en estrellas gigantes rojas y finalmente se encogen en estrellas enanas blancas, cambios que deberían acabar con cualquier vida en sus planetas habitables y hacer que esos planetas sean inhabitables, incluso cuando esos cambios no destruyan totalmente esos planetas. Las estrellas más masivas también pasan por etapas aún peores, como convertirse en novas y supernovas, que tienen aún más probabilidades de destruir totalmente sus planetas.

Dole estimó que un planeta no se volvería habitable para los humanos hasta que tuviera al menos tres mil millones (3,000,000,000) de años terrestres, y eso probablemente sería raro porque la Tierra no se volvería habitable para los humanos hasta que fuera mucho más antigua que eso. Entonces, una estrella tendría que ser capaz de permanecer en la etapa de secuencia principal durante al menos tres mil millones (3,000,000,000) de años terrestres para poder tener planetas habitables.

Según los cálculos astrofísicos, las estrellas más masivas que la clase espectral F no pueden permanecer tranquilas como estrellas de la secuencia principal durante hasta tres mil millones (3.000.000.000) de años terrestres. Dole creía que incluso las estrellas de tipo F más masivas y luminosas no permanecerían en la secuencia principal durante tres mil millones (3.000.000.000) de años terrestres. Dole decidió que las estrellas más masivas capaces de permanecer en la secuencia principal durante tanto tiempo eran estrellas F2 (menos masivas que las estrellas F0) o estrellas F5 (menos masivas que las estrellas F2), no recuerdo cuáles.

Esto fue muy decepcionante. Significaba que la mayoría de las estrellas más famosas del cielo eran incapaces de permanecer como estrellas de secuencia principal el tiempo suficiente para que sus planetas se volvieran habitables. A menos que civilizaciones súper avanzadas movieran planetas ya habitables en órbita alrededor de esas estrellas o terraformaran los planetas que ya orbitan esas estrellas.

Así que imaginé que posiblemente un pequeño porcentaje de estrellas tipo F tendrían la cantidad máxima de planetas en sus zonas habitables, y también tendrían más de 3,000,000,000 años terrestres, y también tendrían todos sus planetas en la zona habitable realmente habitable para los humanos. Presumiblemente una proporción muy pequeña de ellos.

Y me imagino que si hubiera dos estrellas idénticas de tipo F orbitando lo suficientemente cerca, tal vez a cinco o diez millones de millas de distancia, podrían tener planetas habitables orbitando a ambos en una zona habitable cuyos límites serían 1,41 veces los límites de una zona habitable solo para una de esas estrellas tipo F. Se dice que un planeta que orbita alrededor de ambas estrellas en un sistema binario tiene una órbita circumbinaria o de tipo P.

Los astrónomos ahora han descubierto planetas que orbitan en órbitas tipo P o circumbinarias alrededor de estrellas binarias.

Y durante décadas creí que tal sistema estelar posiblemente podría tener hasta diez o doce planetas habitables para los humanos y que tales sistemas estelares deseables serían muy, muy raros.

Wikipedia tiene un artículo llamado Zona habitable circunestelar.

https://en.wikipedia.org/wiki/Circumstellar_habitable_zone[2]

El ancho, o los límites internos y externos, de la zona habitable circunestelar de una estrella o "Zona Ricitos de Oro", generalmente se dan en Unidades Astronómicas o AU.

Una Unidad Astronómica, o AU, es la distancia promedio entre la Tierra y el Sol. Se define exactamente como 149.597.870.700 metros o 149.597.870,7 kilómetros, o 92.955.807 millas.

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

Si una estrella tiene X veces la luminosidad del Sol, su zona habitable circunestelar debería tener X veces los límites interior y exterior, y por lo tanto el ancho total, de la Zona habitable circunestelar del Sol. Entonces, para estimar el tamaño de la zona habitable circunestelar de una estrella, uno simplemente averiguaría qué tan luminosa es en comparación con el Sol y luego multiplicaría o dividiría el tamaño de la zona habitable circunestelar del Sol por esa cantidad.

Excepto que no hay mucho acuerdo sobre el tamaño de la zona habitable circunestelar del Sol.

El artículo de Wikipedia "Zona habitable circunestelar" tiene una sección con una tabla que enumera varias estimaciones de los bordes interior o exterior, o ambos, de la zona habitable circunestelar del Sol.

https://en.wikipedia.org/wiki/Circumstellar_habitable_zone#Solar_System_estimates[4]

Según la tabla, Dole estimó que la zona habitable circunestelar del Sol se extendía de 0,725 a 1,24 UA, con un ancho total de 0,515 UA.

Estudios posteriores han sugerido límites internos o externos muy diferentes o anchos totales diferentes.

Algunas de esas estimaciones pueden haber sido para planetas habitables por humanos, y otras pueden haber sido para planetas habitables para agua líquida que usan organismos, incluso si no son habitables para humanos, lo que explica algunas pero no todas las diferencias.

En las últimas décadas, se han descubierto más de 4000 planetas en otros sistemas estelares, incluidos muchos ejemplos de más de un planeta que orbita alrededor de la misma estrella. Y muchos sistemas con dos o más exoplanetas tienen órbitas muy diferentes a las de nuestro Sistema Solar.

La estrella con los planetas más espaciados conocidos es PTFO-8-8695, también conocida como CVSO 30. CVSO 30 c está aproximadamente 662 AU más lejos que CVSO 30 b, y su órbita tiene aproximadamente 78,998 veces el semieje mayor de la órbita. de CVSO 30 b.

En el otro extremo, Kepler-70c tiene una órbita con un semieje mayor de solo 0,0016 AU (unos 240 000 km) más ancho que el semieje mayor de la órbita de Kepler-70b.

Durante el acercamiento más cercano, Kepler-70c aparecería 5 veces el tamaño de la Luna en el cielo de Kepler-70b.

Sin embargo, ahora se cree que los planetas Kepler-70 b y c probablemente no existan en realidad.

https://en.wikipedia.org/wiki/Kepler-70[5]

El sistema con la relación más pequeña conocida entre el semieje mayor de las órbitas de dos planetas es Kepler-36. El semieje mayor de la órbita de Kepler-36c es solo 1,1127 veces el semieje mayor de la órbita de Kepler-36b.

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_exoplanet_extremes[6]

No sé por qué Dole se equivocó sobre el espacio mínimo posible entre las órbitas planetarias, o cuánto más cerca podrían estar las órbitas planetarias estables que en esos ejemplos.

No sé si la física de las órbitas planetarias depende más del espacio relativo o del espacio absoluto de las órbitas planetarias para determinar qué tan cerca pueden estar dos órbitas planetarias estables.

La zona habitable más estrecha para el Sol es la dada por:

Hart, MH (1979). "Zonas habitables sobre estrellas de secuencia principal". Ícaro. 37 (1): 351–357.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0019103579901416?via%3Dihub[7]

Dado que el borde exterior de la zona habitable de Hart es solo 1,0631 veces mayor que el borde interior, si las órbitas planetarias tuvieran una relación de 1,1127 con respecto a la siguiente órbita interior, habría espacio para una sola órbita planetaria estable dentro de la zona habitable de Hart.

La zona habitable de Hart tiene un borde interior de 0,95 AU y un borde exterior de 1,01 AU, con un ancho total de solo 0,06 AU. Si las órbitas planetarias estuvieran separadas por 0,0016 UA, teóricamente podría haber 37 o 38 órbitas planetarias estables dentro de una zona habitable de este tipo, aunque podría ser extremadamente raro que un solo planeta orbite en una zona habitable tan estrecha.

La definición más común de la zona habitable del Sol es la de:

Kasting, James F.; Whitmire, Daniel P.; Reynolds, Ray T. (enero de 1993). "Zonas habitables alrededor de las estrellas de la secuencia principal". Ícaro. 101 (1): 108–118.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103583710109[8]

La zona habitable de Kasting es mucho más amplia que la de Hart. Kasting ofreció una zona habitable conservadora, entre 0,95 AU y 1,37 AU, y una zona habitable optimista, entre 0,84 AU y 1,67 AU.

El borde exterior de la zona habitable conservadora de Kasting es 1,4421 veces la distancia del borde interior. Suponiendo que un planeta orbita en el borde interior y que las órbitas planetarias están espaciadas cada una en una proporción mínima de 1,1127 veces la órbita del siguiente planeta:

El primer planeta orbitaría a 0,9500 AU.

El segundo planeta orbitaría a 1,0570 UA.

El tercer planeta orbitaría a 1,1761 AU.

El cuarto planeta orbitaría a 1,3087 UA.

El quinto planeta orbitaría a 1,4562 AU, que estaría fuera de la zona habitable conservadora de Kasting.

Entonces, suponiendo que la relación mínima posible entre las órbitas de los planetas sucesivos sea 1,1127, hay espacio para cuatro órbitas planetarias estables dentro de la zona habitable conservadora de Kasting.

El borde exterior de la zona habitable optimista de Kasting es 1,9880 veces la distancia del borde interior. Si un planeta orbita a 0,84 AU y todas las órbitas planetarias tienen una proporción de 1,1127 de la órbita del próximo planeta interior:

El primer planeta orbitaría a 0,8400 UA.

el segundo planeta orbitaría a 0,9937 AU.

El tercer planeta orbitaría a 1.0400 UA.

El cuarto planeta orbitaría a 1,1572 UA.

el quinto planeta orbitaría a 1,4327 AU.

el sexto planeta orbitaría a 1,5942 UA.

el séptimo planeta orbitaría a 1,7738 AU, que estaría fuera de la zona habitable optimista de Kasting.

Entonces, asumiendo que la proporción mínima posible entre las órbitas de los planetas sucesivos es 1.1127, hay espacio para seis órbitas planetarias estables dentro de la zona habitable optimista de Kasting.

Tenga en cuenta que si el espacio mínimo posible entre órbitas planetarias estables está determinado por su espacio relativo, las dimensiones absolutas de la zona habitable circunestelar de una estrella no importarán. Solo la relación entre los bordes interno y externo de la zona habitable circunestelar de la estrella importará para cuántas órbitas planetarias estables podría haber dentro de la zona habitable de esa estrella.

La zona habitable conservadora de Kasting tiene un espesor de 0,42 AU. Suponiendo que el espacio mínimo entre las órbitas planetarias estables depende de su espacio absoluto y no del espacio relativo, y suponiendo que el espacio absoluto mínimo posible es de 0,0016 AU, hay espacio para alrededor de 262 a 263 órbitas planetarias estables dentro de la zona habitable conservadora de Kasting.

La zona habitable optimista de Kasting tiene un espesor de 0,83 AU. Suponiendo que el espacio mínimo entre las órbitas planetarias estables depende de su espacio absoluto y no del espacio relativo, y suponiendo que el espacio absoluto mínimo posible es de 0,0016 UA, hay espacio para alrededor de 518 a 519 órbitas planetarias estables dentro de la zona habitable optimista de Kasting.

Dado que Kepler-70 b y C podrían no existir, podríamos usar el espacio entre las órbitas de TRAPPIST-1 f y g, 1 250 000 kilómetros, como el espacio mínimo absoluto. La zona habitable optimista de Kasting para el Sol es de 0,83 AU, o 124,16,232,7 kilómetros de ancho, y por lo tanto tendría espacio para 99,33 órbitas planetarias separadas por 1.250.000 kilómetros.

Si el espacio mínimo entre las órbitas planetarias depende de su espacio absoluto y no del espacio relativo, el tamaño absoluto de la zona habitable de una estrella y no el tamaño relativo de la misma determinará el número máximo posible de órbitas planetarias estables en ella. Por lo tanto, supongo que si hay un sistema binario de estrellas F5, con una zona habitable combinada mucho más grande que la del Sol, podría haber unas 1000 órbitas planetarias estables en la zona habitable combinada de las dos estrellas.

Por supuesto, posiblemente tener hasta 1,000 órbitas planetarias estables en la zona habitable de un sistema no significa que 1,000 planetas similares a la Tierra se formarán en ese sistema en la zona habitable o se formarán en otro lugar del sistema y migrarán a la zona habitable. Pero sí indica una especie de máximo teórico posible de 1.000 planetas habitables orbitando en la zona habitable combinada de un sistema de estrellas binarias F5.

Por supuesto, hay muchas estrellas espectrales de tipo A, B y O que tienen zonas habitables circunestelares mucho más grandes que mi ejemplo de un sistema binario de estrellas F5. Por lo tanto, estas estrellas teóricamente pueden tener órbitas estables para miles de planetas en sus zonas habitables, si el espacio mínimo entre las órbitas planetarias estables depende de su espacio absoluto y no del espacio relativo.

Pero de acuerdo con los cálculos astrofísicos actuales, las estrellas espectrales de tipo A, B y O no pueden seguir siendo estrellas de secuencia principal durante el tiempo suficiente para que los planetas puedan volverse habitables para los humanos o desarrollar formas de vida nativas avanzadas. La única forma en que tales estrellas podrían tener planetas interesantes, excepto posiblemente para la minería, sería si una civilización avanzada terraformara sus planetas para hacerlos habitables para formas de vida avanzadas, o si una civilización avanzada trasladara planetas más antiguos con vida avanzada de otros sistemas estelares. y poner esos planetas en órbita alrededor de esas estrellas.

Una forma de verificar estos cálculos es la configuración de varias familias de exoplanetas que orbitan alrededor de la misma estrella a medida que se descubren.

De acuerdo con la Lista de Wikipedia de exoplanetas potencialmente habitables, TRAPPIST-1 tiene cuatro planetas orbitando en su zona habitable circunestelar que, por lo tanto, son planetas potencialmente habitables.

TRAPPIST-1e orbita a 1,3153 veces la órbita de TRAPPIST-1d.

TRAPPIST-1f orbita a 1,3150 veces la órbita de TRAPPIST-1e.

TRAPPIST-1g orbita a 1,25 veces la órbita de TRAPPIST-1f.

https://en.wikipedia.org/wiki/TRAPPIST-1[9]

Si el espacio mínimo posible entre órbitas planetarias estables está determinado por su espacio relativo, y el espacio relativo mínimo fue 1,25 veces, podría haber dos órbitas planetarias estables dentro de la zona habitable conservadora de Kasting y tres órbitas planetarias estables dentro de la zona habitable optimista de Kasting.

Si el espaciamiento absoluto de las órbitas planetarias, y no su espaciamiento relativo, determinara la distancia mínima posible entre órbitas planetarias estables, muchos más planetas podrían caber dentro de una zona habitable.

La zona habitable conservadora de Kasting tiene un ancho de 0,42 AU y la zona habitable optimista de Kasting tiene un ancho de 0,83 AU. Dado que una UA tiene 149.597.870,7 kilómetros, la zona habitable conservadora de Kasting tiene un ancho de 62.831.105,69 kilómetros y la zona habitable optimista de Kasting tiene un ancho de 124.166.232,7 kilómetros.

Dado que TRAPPIST-1g orbita 3.680.000 kilómetros más allá de la órbita de TRAPPIST-1d, hay tres brechas orbitales en 3.680.000 kilómetros, o una brecha orbital cada 1.226.666,66 kilómetros. Entonces debería haber alrededor de 51 o 52 órbitas planetarias estables en la zona habitable conservadora de Kasting, y alrededor de 101 o 102 órbitas planetarias estables en la zona habitable optimista de Kasting.

Ha habido muchas preguntas sobre hipotéticas lunas habitables de exoplanetas gigantes. Es posible que desee ver las respuestas a algunas de esas preguntas para obtener referencias a otras fuentes, como esta pregunta:

https://worldbuilding.stackexchange.com/questions/138653/temperature-and-climate-under-the-gas-giant-in-a-tidelly-locked-moon/138696#138696[10]

El artículo "Habitabilidad de las exolunas restringida por la iluminación y el calentamiento de las mareas" de Rene Heller y Roy Barnes Astrobiology, enero de 2013, analiza los factores que afectan la habitabilidad de las exolunas.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3549631/[11]

Añadido el 23-08-2020:

Y hay un blog llamado PlanetPlanet sobre formación planetaria. Tiene algunas secciones sobre mundos de ciencia ficción.

Tiene una sección llamada Ultimate Solar System con publicaciones que diseñan sistemas solares con planetas cada vez más habitables. https://planetplanet.net/el-sistema-solar-definitivo/[2]

Y cuantos más planetas habitables haya en uno de esos sistemas solares, menos probable sería que tal sistema solar se formara naturalmente, y más probable sería que tal sistema solar hubiera sido construido o diseñado por un civilización avanzada.

Así que podemos estar bastante seguros de que sistemas como

El último sistema solar retrógrado: https://planetplanet.net/2017/05/01/the-ultimate-retrograde-solar-system/[3]

El sistema solar de ingeniería definitiva: https://planetplanet.net/2017/05/03/the-ultimate-engineered-solar-system/[4]

El último sistema solar del agujero negro: https://planetplanet.net/2018/05/30/the-black-hole-ultimate-solar-system/[6]

Y:

El Sistema Solar del Millón de Tierras: https://planetplanet.net/2018/06/01/the-million-earth-solar-system/[7]

Habría sido construido deliberadamente por civilizaciones avanzadas.

La respuesta de AndyD273 es impresionante y aunque no voy a pelear con las matemáticas detrás de esto, es posible ir aún más alto:

Primero, se basa en un agujero negro de un millón de masas solares. El más grande conocido es de 40 mil millones de masas solares. Eso es 33 veces más planetas por órbita.

Además, el material original ofrecía dos opciones de iluminación: estrellas debajo de los planetas y estrellas arriba. Sin embargo, no hay razón para que esto sea un o, podrías tener múltiples anillos de estrellas alternando con bandas de planetas. No tengo el tipo de potencia de computadora disponible que se necesitaría para ver cuántos anillos se pueden agregar antes de que el agarre del agujero negro se debilite lo suficiente como para convertirse en un problema.

Quiero decir, si quieres volverte loco, supongo que podrías comenzar con 40 mil millones de masas solares, pero ¿quién tiene uno de esos por ahí?
@ AndyD273 Elegí ese tamaño porque se sabe que existe uno.
Era una broma tonta, principalmente que alguien hablando de 1 millón de masas solares piensa que 40 mil millones es excesivo, cuando ambos son bastante ridículos. Sin embargo, probablemente sea un buen punto; un agujero negro más grande probablemente tendría una banda estable más ancha para los anillos y probablemente podría acomodar más planetas en cada anillo.
¿Cuál es el número máximo teórico de planetas habitables en un sistema solar?
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