Телескопы покупают здесь


A A A A Автор Тема: Катастрофическая потеря атмосферы планетой  (Прочитано 2951 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Ксавье

  • Гость
На сколько часто такие катастрофы случались в прошлом Земли? А планет земной группы и спутников ГГ в СС? Насколько опасно такое явление для живых организмов? Что случается с планетой после резкой потери атмосферы? Может ли атмосфера вновь стать такой же после такой катастрофы на Земле, на Марсе, на спутниках ГГ? и как же бороться с этим, чтобы избежать полного вымирания?

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 477
  • Благодарностей: 565
    • Сообщения от AlexAV
На сколько часто такие катастрофы случались в прошлом Земли?

И в силу каких факторов планета может катастрофически потерять атмосферу? Хотя бы в принципе?

Ну разве что столкновение с чем-то очень крупным, классе Луны или Марса. Но в этом случае потеря атмосферы будет последней проблемой, которая должна беспокоить жителей планеты. :)

Ксавье

  • Гость
Вспышка сверхновой, например

Nucleosome

  • Гость
так это опять получается "последняя проблеа". там есть и нагрев и излучение ещё. а в истории солнечной системы такого не случалось, это точно. иначе бы на то были бы очень явные следы

Ксавье

  • Гость
Какие, например?

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 477
  • Благодарностей: 565
    • Сообщения от AlexAV
Какие, например?

Просто по энергетическим соображениям, чтобы ободрать атмосферы взрыв должен быть очень близким, ближе 1/2 светового года.  После этого в системе было бы масса сравнительно короткоживущих изотопов, образующихся при таком взрыве: кюрий-247, плутоний-244, техниций, иод-129 и т.д.

Оффлайн Ремвер

  • *****
  • Сообщений: 1 027
  • Благодарностей: 53
    • Сообщения от Ремвер
Подскажите, как вычисляется период полупотери атмосферы?
Где-то встречалось, что у Луны этот показатель составляет 15000 лет. То есть через 15 тыс. лет плотность упадёт в 2 раза.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 477
  • Благодарностей: 565
    • Сообщения от AlexAV
Подскажите, как вычисляется период полупотери атмосферы?

Для плотной атмосферы правильнее говорить о скорости потери в кг/год. Дело в том, что эта цифра будет очень мало зависеть от плотности атмосферы и соответственно, чем атмосфера плотнее, тем больше будет время её полупотери. :)

Что касается вопроса как вычислить, то это очень нетривиальная задача. Если совсем по четному, то надо решать систему кинетических уравнений для термосферы и экзосферы. Понятно, что это задача это достаточно сложная в математическом плане и, кроме того, требует набора сечений для всех элементарных процессов, которые там могут происходить (упругие и неупругие столкновения молекул, возбуждение колебательных, вращательных и электронных уровней, химических реакций и т.д.).

Если делать совсем приближённую оценку, то можно принять, что в условиях солнечного потока УФ и солнечного ветра нетепловые потери (сдувание солнечным ветром, генерация надтепловых частиц в ион-молекулярных реакциях и т.д.) всегда достаточно малы, т.е. не превосходят  сотни мбар/ млрд. лет и не являются препятствием для существования атмосферы в течение геологически большого времени.  Т.е. если тепловые потери малы, то атмосфера будет достаточно устойчива.

Тепловые потери бывают двух видов. Гидродинамический, которые возникают если на номинальной экзобазе отношение потенциальной энергии молекулы к kT меньше 2-3, и джинсовские, если больше. Вторые можно оценить используя хорошо известную формулу Джинса. Для оценки первых придётся решать гидродинамические уравнения для расширяющейся короны планеты. 

Но здесь опять есть некоторая техническая сложность. Надо рассчитать положение экзобазы, а для этого нужно знать распределение температур в термосфере. Это проще полной кинетической задачи, т.е., поскольку в термосфере распределение частиц ещё с высокой точностью максвеловское, можно пользоваться не сечениями, а константами скоростей и кинетическими коэффициентам (диффузии, подвижности, теплопроводности и т.д.). Но тоже надо считать, априори сказать не так просто.

Где-то встречалось, что у Луны этот показатель составляет 15000 лет.

Даже по грубым энергетическим соображениям - намного больше. Чтобы молекула газа ушла даже в самом худшем случае гидродинамических потерь ей надо сообщить как минимум энергию равную m0V2/2 (m0 - масса молекулы, V - вторая космическая скорость). Поглощение энергии в термосфере (а только она может участвовать в диссипации газа) где-то около 3,5 эрг/см2с (оценка на основание термосферы Земли).  Т.е. общее поглощение энергии в термосфере всем лунным диском 33 ГВт и даже если вся эта энергия пойдёт на диссипацию, то скорость диссипации атмосферы окажется не более 12 т/с. Масса же атмосферы в 1 бар будет 2,3 1015 т. Т.е. даже в таком крайне неблагоприятном случае потребуется около 7 млн. лет.

Понятно, что это самая пессимистическая из возможных оценок. В реальности вся полученная термосферой энергия на диссипацию никогда не пойдёт. Более того, если окажется, что потери  будут не в гидродинамическом, а в кинетическом режиме, то оценка вполне может увеличиться даже на несколько порядков.

Оффлайн EvilShurik

  • *****
  • Сообщений: 1 320
  • Благодарностей: 43
    • Сообщения от EvilShurik
AlexAV

А как быть с термодинамической диссипацией? По формуле, кажется, Джинса как раз.
Среди частиц газа всегда есть, согласно кривой Гаусса, частицы, чья скорость превышает вторую космическую. И как раз для Луны получили, в случае кислородно-азотной атмосферы, время потери половины газа несколько десятков тысяч лет.

Впрочем, для нужд человечества даже этот срок вполне приемлем.

Оффлайн John_Silver

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 20
  • Благодарностей: 0
    • Сообщения от John_Silver
А прохождение рядом с планетой массивного тела (без удара), может значительно уменьшить атмосферу? Сорвать её?
Одни боялись Пью, другие Билли Бонса. А меня, боялся сам Флинт!

Оффлайн LonelyWanderer

  • *****
  • Сообщений: 4 117
  • Благодарностей: 85
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от LonelyWanderer
не забываем про распределение Максвелла, с ним Луна будет терять атмосферу и в межгаллактическом пространстве, и вообще где угодно - пока не остынет. А то 7 млн. лет - это уже намек на возможную терраформацию Луны, но давайте не будем :)

Оффлайн Alex_6619

  • *****
  • Сообщений: 1 075
  • Благодарностей: 43
    • Сообщения от Alex_6619
Читайте "Занимательную астрономию" Перельмана, там вопрос про атмосферу рассматривается.
Хорошая вещь компьютер...Посидел пять минут-полтора часа прошло....

Оффлайн LonelyWanderer

  • *****
  • Сообщений: 4 117
  • Благодарностей: 85
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от LonelyWanderer
А прохождение рядом с планетой массивного тела (без удара), может значительно уменьшить атмосферу? Сорвать её?
Тело, размером с Землю, при пролете  максимум в 2-3 тысячи километров может сорвать порядка половины атмосферы приливным тяготением.
Сверхновая может и сорвет, но если  будет находиться не дальше нескольких световых месяцев. Вобщем то в принципе такая случайность хоть и маловероятна, но возможна. Но для выживания нужно будет думать уже не только об атмосфере, но и о сверхрадиации и высокой температуре.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 477
  • Благодарностей: 565
    • Сообщения от AlexAV
Среди частиц газа всегда есть, согласно кривой Гаусса, частицы, чья скорость превышает вторую космическую.

Нет. Если температура атмосферы экзобазы будет равна температуре мезопаузы, то джинсовская диссипация будет столь ничтожна, что потери и за миллиарды лет будут пренебрежимо малы.

Реальная термосфера конечно намного горячее, вот только источник этой температуры - исключительно в тех самых 3,5 эрг/см2с. :)

И как раз для Луны получили, в случае кислородно-азотной атмосферы, время потери половины газа несколько десятков тысяч лет.

Эта цифра взялась в следствие неграмотного использования формулы Джинса в некоторой популярной литературе. К диссипации плотной атмосферы (где экзобаза не совпадает с поверхностью) она отношения не имеет.


Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 477
  • Благодарностей: 565
    • Сообщения от AlexAV
не забываем про распределение Максвелла, с ним Луна будет терять атмосферу и в межгаллактическом пространстве, и вообще где угодно - пока не остынет.

Я о нём прекрасно знаю. Вот только в диссипации атмосферы столь массивного тела как Луна температура нижних слоёв атмосферы и поглощаемая ими энергия (всё что ниже мезопаузы) на диссипацию вообще никак не влияет. А энергетический бюджет нагрева термосферы весьма ограничен.

А то 7 млн. лет - это уже намек на возможную терраформацию Луны, но давайте не будем

7 млн. - это очень пессимистическая оценка снизу. Реально минимум в несколько раз - на порядок больше.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 477
  • Благодарностей: 565
    • Сообщения от AlexAV
А как быть с термодинамической диссипацией? По формуле, кажется, Джинса как раз.

Если потери там действительно будут определяться формулой Джинса, а не гидродинамическим, контролируемым по притоку энергии, потоком, то время потери атмосферы в 1 бар уже будет не 7 млн., а сотни миллионов - миллиарды лет. :)

Оффлайн EvilShurik

  • *****
  • Сообщений: 1 320
  • Благодарностей: 43
    • Сообщения от EvilShurik
Если потери там действительно будут определяться формулой Джинса, а не гидродинамическим, контролируемым по притоку энергии, потоком, то время потери атмосферы в 1 бар уже будет не 7 млн., а сотни миллионов - миллиарды лет. :)

Чтож, это обнадёживает. Если время убегания азотно-кислородной атмосферы Луны даже 7 миллионов лет, а тем более - 70 миллионов лет, то уже есть смысл проводить полномасштабное терраформирование.
Терраформированная Луна - это будет просто сказочное место, по открывающимся возможностям для различных летающих форм жизни.

Оффлайн LonelyWanderer

  • *****
  • Сообщений: 4 117
  • Благодарностей: 85
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от LonelyWanderer
и все же не будем о терраформации Луны и спорить с астрофизиками, говорящими лишь о десятках тысяч лет. Есть один важный момент. Для создания 1 бар атмосферы, она должна быть в 6 раз толще земной, при том, что радиус Луны в 4 раза меньше. Т.е. при радиусе 1800 км и высоте экзосферы  этак в 1000 км, 2-я космическая там будет настолько ниже, чем на поверхности, что атмосфера будет улетучиваться с 3-й космической :)

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 477
  • Благодарностей: 565
    • Сообщения от AlexAV
и все же не будем о терраформации Луны и спорить с астрофизиками, говорящими лишь о десятках тысяч лет.

А какие астрофизики говорят о десятках тысяч лет? Если вы соответствующие работы знаете, то в этом месте принято давать ссылки. :)

Вообще насколько я знаю, эта цифра взята с потолка, точнее из времени жизни частицы относительно джинсовской диссипации  в условиях современной луны, когда экзобаза совпадает с поверхностью, что к вопросу устойчивости плотной атмосферы имеет крайне отдалённое отношение.

Есть один важный момент. Для создания 1 бар атмосферы, она должна быть в 6 раз толще земной, при том, что радиус Луны в 4 раза меньше.

Есть такой момент. До мезопаузы всё получается более-менее нормально, а вот что будет твориться в термосфере - большой вопрос. Т.е. без моделирования нельзя сказать даже какой режим потерь будет, т.е. кинетический или гидродинамический.  Но даже в случае гидродинамических потерь распад заёмёт миллионы, а не тысячи лет.

Оффлайн postoronim

  • *****
  • Сообщений: 18 908
  • Благодарностей: 168
  • Не говорите никому, что я здесь.
    • Сообщения от postoronim
Извините, я опять про телепередачи... так вот в одной такой рассказывалось о происхождении воды и атмосферы у Земли. И как оказалось самой реалистичной версией стала такая - Земля приобрела атмосферу и воду, столкнувшись с массивными кометами или даже небольшими водо-газовыми спутниками планет-гигантов, когда происходила перестановка планет по орбитам СС. Это катастрофическое приобретение атмосферы. А про катастрофическую потерю надо почитать у Беляева "Продавец воздуха".