Игра ума: обитаемый спутник газового гиганта в системе двойной звезды

[Euron]

Ага, понял. Осталось только сделать расчет, чтобы точно знать, что будет видеть наблюдатель на небе в любой момент времени

Ось S1 не будет наклонена по отношению к оси G1, так что времен года не будет, только климатические зоны.

А что с полярным сиянием? Магнитосфера G1 позволит солнечному ветру добраться до атмосферы S1? Если да, то они будут возникать только на полюсах (если магнитосфера S1 будет подобна той, что есть у Земли)?

[Dayan]

у G1 и для наблюдателя с S1 гигант будет выглядеть как огромный красный шар, либо б) S1 не будет синхронизирована, но в таком случае будет находится на куда большем расстоянии от G1, и G1 для наблюдателя будет похож (размерами на небосводе) на нашу Луну, только красного цвета.

Газовый гигант наподобие Юпитера в зоне обитаемости не будет красным, коричневым, или оранжевым  - у него не будет никаких облаков из аммиака, гидросульфида аммония или содержащих значительное количество серы! Скорее всего, самые внешние облака таких планет будут из воды (как на Земле), а поскольку глубже нескольких десятков километров под ними водородно-гелиевая атмосфера быстро сгущается и становится непрозрачной, где, возможно, никаких других видимых облаков не будет, то цвет планеты в промежутках между белыми облаками будет определяться релеевским рассеянием. Таким образом, быстровращающийся газовый гигант в обитаемой зоне будет похож на Юпитер своей полосатостью и циклонами, только имеющими белый цвет, а промежутки между облаками - различных голубых и синих оттенков (в зависимости от глубины проникновения взгляда).

Плотность Земли 5,5 г/см3. Радиус железное ядра при этом только 1/3 радиуса. Полагаю, что плотность  6,3 г/см3 вполне реалистична. При этом естественно железное ядро планеты будет больше чем у Земли и планета должна обладать сильным магнитным полем (скорее всего заметно сильнее земного).

Да, для земной массы и с составом с чуть большим содержанием железа, чем на Земле, такая плотность реалистична.
Так, нам нужно g равное земному. Приведу пример из соотношения масса-радиус для твёрдых планет (отсюда):
Планета с массой 0.9 массы Земли при земном составе (32% железа, а всё остальное - силикаты), даёт радиус 0.97 радиуса Земли и плотность в 0.99 земной. Понятно, что гравитация на этой планете будет равна около 0.96g.
Планета с такой же массой - 0.9 массы Земли, но с составом Меркурия (70% железа, 30% - силикаты), даст радиус, равный 0.86 радиуса Земли, т.е. плотность такой планеты будет в 1.40 раза превышать плотность Земли (или 7.73 г/см³!), а гравитация на её поверхности окажется равной 1.21g.

Но для подбора можно выбрать любой промежуточный вариант, когда состав планеты лежит где-то между составами Земли и Меркурия, например, такие: чтобы масса планеты 0.9 масс Земли обеспечивала 1g на поверхности, нужно выбрать радиус, близкий к 0.95 радиуса Земли. Тогда плотность такой планеты будет 1.05 земной (или 5.81 г/см³). Примерный состав этой планеты получается таким - железное ядро имеет массу в районе 40%.

[CTPAHHNK]

Народ, а почему все твердят про приливной захват, может же быть и медленное синхронное вращение, или я не прав? 

[Stalk.er]

Зрелище будет конечно очень красивым по земным меркам. Особенно если в у G1 будут ещё обитаемые спутники. Будут ещё и затмения от этих спутников на G1, на А1, A2. Очень много видов затмений получается. Будет много теней на G1 от спутников. Внешние спутники будут делать красивые большие петли на небе в течении дня. Кольца вокруг G1. Сплошной экшен на небе.
А если ещё обитаемый спутник будет взаимодействовать своей атмосферой с радиционными поясами G1, которые сдвинуты ветрами А1 и А2, то будут периодические мощные северные сияния на небе.

[shuricos]

Сезоны будут из-за разницы в светимости при затмениях А1 и А2 друг другом.

А ещё из-за приближения и удаления компонентов двойной звезды  от  S1.

Холоднее всего будет тогда, когда звезда K класса затмит звезду G класса.
К-класс закроет 2/3  G-класса. От G-класса остаётся 0.4 светимости Солнца. Ещё 0.4 Солнца добавит К-класс. Суммарно получится 0.8 Солнц.
Если учесть, что G1 находится на удалении 1.25 а.е., то выходит, что 0.8 надо ещё разделить на 1.6. Выходит, что S1 будет в это время получать половину от того, что имеет сейчас Земля. Это будет холодная зима.

Когда обе звезды будут видны с s1 целиком, то их совокупная светимость будет 1.6. Уменьшаем на 1.25х1.25=1.6, получается обычный поток энергии, как на Земле.

[Инопланетянин]

Газовый гигант наподобие Юпитера в зоне обитаемости не будет красным, коричневым, или оранжевым  - у него не будет никаких облаков из аммиака, гидросульфида аммония или содержащих значительное количество серы! Скорее всего, самые внешние облака таких планет будут из воды (как на Земле), а поскольку глубже нескольких десятков километров под ними водородно-гелиевая атмосфера быстро сгущается и становится непрозрачной, где, возможно, никаких других видимых облаков не будет, то цвет планеты в промежутках между белыми облаками будет определяться релеевским рассеянием. Таким образом, быстровращающийся газовый гигант в обитаемой зоне будет похож на Юпитер своей полосатостью и циклонами, только имеющими белый цвет, а промежутки между облаками - различных голубых и синих оттенков (в зависимости от глубины проникновения взгляда).

А толины? Они не окрасят гигант в те цвета, в которые они его окрасят?

[Olweg]

Сезоны будут из-за разницы в светимости при затмениях А1 и А2 друг другом.

Период обращения звёзд друг вокруг друга будет порядка нескольких суток, о длительных сезонах говорить не приходится.

[shuricos]

Сезоны будут из-за разницы в светимости при затмениях А1 и А2 друг другом.

Период обращения звёзд друг вокруг друга будет порядка нескольких суток, о длительных сезонах говорить не приходится.

Значит, недели будут исчисляться не четвертями лунного цикла, а оборотами солнц. Самый холодный день (когда большой компонент будет закрыт малым, а температура будет как 22 сентября в Питере) будет понедельником.

[Olweg]

Очень может быть Но вряд ли этот период будет точно кратен суткам. Придётся вносить какие-нибудь дополнительные дни каждые несколько недель, как в древних календарях были дополнительные дни перед новым годом, затыкающие брешь от неделимости года не лунные месяца.

Само же затмение будет коротким, не думаю, что дольше, чем наши солнечные, можно посчитать, сколько точно.

[Dayan]

А толины? Они не окрасят гигант в те цвета, в которые они его окрасят?

Ну, более распространённое вещество - вода. На Юпитере она тоже образует облака, только располагаются они не на верхнем уровне. А толины при земном уровне освещённости - думаю, нет. Даже если в атмосфере газовых гигантов в зоне обитаемости есть много органических веществ, может какие-то могли бы образовать дымку или облака, но скорее всего, это не самый распространённый сценарий, это же относительно тяжёлые вещества, быстро распадающиеся при ультрафиолете, тем более если такие облака находились бы выше водяных.
Более определённо было бы интересно спросить у тех, кто занимается планетной химией.

[Инопланетянин]

это же относительно тяжёлые вещества, быстро распадающиеся при ультрафиолете

Я читал, что они как раз из-за облучения метана ультрафиолетом и образуются. При земном уровне ультрафиолета их наоборот должно быть больше. А если они от ультрафиолета образуются и от него же распадаются, то их всё равно должно быть там достаточно. Если метан никуда не денется.

[Dayan]

это же относительно тяжёлые вещества, быстро распадающиеся при ультрафиолете

Я читал, что они как раз из-за облучения метана ультрафиолетом и образуются. При земном уровне ультрафиолета их наоборот должно быть больше. А если они от ультрафиолета образуются и от него же распадаются, то их всё равно должно быть там достаточно. Если метан никуда не денется.

Тут я говорил про органические вещества, не про толины именно. Да, например, в атмосфере Плутона продукты распада под действием солнечного УФ метана, соединяясь с азотом, образуют толины. Но честно говоря не знаю, откуда может взяться столько метана, чтобы миллиарды лет обеспечивать толинами атмосферу планеты.

[Dayan]

Тут я говорил про органические вещества, не про толины именно. Да, например, в атмосфере Плутона продукты распада под действием солнечного УФ метана, соединяясь с азотом, образуют толины. Но честно говоря не знаю, откуда может взяться столько метана, чтобы миллиарды лет обеспечивать толинами атмосферу планеты.

Почитал сейчас Википедию. В атмосфере Юпитера обилие метана, например, 0.3% (а этана и ацетилена ещё на два-три порядка ниже). Он распадается под УФ, но толиновый туман, располагаясь даже выше облачного слоя - в стратосфере, нисколько не преобладает над лежащими в тропосфере облаками из аммиака, гидросульфида аммония и воды. Они не заслоняют облака Юпитера и не обеспечивают их наблюдаемый цвет в большинстве своём (полагают, что за цвет ответственен фосфор и соединения серы в основном).
Поскольку газовые гиганты, расположенные в зоне обитаемости (как в Аватаре, например ), имеют освещённость порядка земной (в 27 раз больше, чем на Юпитере), то количества метана должно было бы остаться меньше, хотя точно сказать трудно, к моменту возникновения сложной жизни на их спутниках (гипотетически, т.е. при возрасте несколько млрд лет).
Кстати, для сравнения - количество метана в атмосфере Сатурна, у которого освещённость более, чем в три раза ниже, чем на Юпитере, почти такое же, как на Юпитере - 0.4% по объёму. И тоже слабое влияние на цвет.

[CADET]

В мире НФ-рассказа легко обеспечить смену времён года на планете за счёт эллиптичности орбиты патрона вокруг местного солнца. На всей планете сразу, естественно.

[Euron]

А может ли G1 двигаться синхронно с А1-А2? В таком случае смены сезонов не будет, наблюдатель с S1 всегда будет видеть 2 солнца, а ночь будет наступать 2 раза в сутки: один раз светлая (из-за отражения G1 света с солнц), другой раз - темная (затмение G1 солнц).
Или синхронное вращение планеты и двух солнц противоречит чему-то фундаментальному?

Как я понимаю, для местного жителя сутки будут выглядеть примерно так:
1. Непроглядная ночь (затмение G1 солнц)
2. Резкий переход к яркому солнечному дню (выход солнц из-за G1)
3. Заход солнца и наступление "белой ночи" (возможно, значительно более "белой", чем в Петербурге, с уровнем освещенности как в земной летний полдень, когда небо затянуто серыми облаками). Яркий, огромный голубой гигант над горизонтом.
4. Восход солнца, яркий солнечный день и затем резкий переход к...
п. 1. Непроглядная ночь

В мире НФ-рассказа легко обеспечить смену времён года на планете за счёт эллиптичности орбиты патрона вокруг местного солнца. На всей планете сразу, естественно.

Сейчас я стараюсь понять, как воплотить обратную идею: отсутствие смены сезонов

[CADET]

Если ось вращения обитаемого спутника перпендикулярна плоскости эклиптики его патрона, а орбита патрона вокруг светила близка к круговой, то смены сезонов не будет автоматически.
Непроглядной ночи не будет в любом случае, спутник будет освещаться сиянием атмосферы патрона. Так Луна во время лунного затмения всё равно немного видна, что значит свет на ней присутствует. "Светлая ночь", видимо, будет светлее, чем летняя ночь в Питере. Даже Луна при своей удалённости от Земли и коэффициенте отражения около 0,1 даёт достаточно света ночью, а патрон намного больше по размеру и отражает много лучше.

[AlexAV]

Если ось вращения обитаемого спутника перпендикулярна плоскости эклиптики его патрона, а орбита патрона вокруг светила близка к круговой, то смены сезонов не будет автоматически.

Центральная звезда - двойная по условию. Из-за изменения относительного положения компонент поток излучения на планету будет циклически меняться. Если период обращения двойной будет не слишком мал - это вполне может дать сезонность даже если ось вращения спутника будет перпендикулярна плоскости эклиптики гиганта.

[CADET]

Центральная звезда - двойная по условию. Из-за изменения относительного положения компонент поток излучения на планету будет циклически меняться.

Расстояние между компонентами двойной системы, относительно радиуса орбиты гиганта достаточно мало, иначе у гиганта не было бы стабильной орбиты. Значит, их относительное расположение мало будет влиять на инсоляцию гиганта и его сателлита. Тем более, если они близки по светимости. Относительное удаление одного компонента двойной будет компенсироваться приближением второго. Заметное, но кратковременное падение инсоляции будет наблюдаться только во время возможных затмений компонентов.

[AlexAV]

Итак. Попробовал набросать контуры систем.

Для начала уточним параметры звёзд.  Пусть пара состоит из жёлтого карлика спектрального класса G8  с массой 0,85 солнечных и светимостью 0,6 солнечных и оранжевого карлика спектрального класса К5 массой 0,7 солнечных и светимостью 0,15 солнечных. Расстояние между звёздами в паре 0,3 а.е. Период обращения пары вокруг общего центра масс - 48 суток.

Радиус орбиты гиганта пусть 0,87 а.е. Период обращения гиганта вокруг пары - 238 суток. С учётом этого синодический период обращения звёздной пары будет 60,4 суток.

Гигант имеет массу 95 масс земли, радиус 60,3 тыс. км.  Орбита обитаемого спутника  имеет радиус 187,5 тыс. км, а период обращения 23 часа. Вращение спутника синхронизировано. Гигант имеет второй спутник размером с Марс на орбите с радиусом  700 тыс. км и периодом 6,9 суток. 

[AlexAV]

Что касается вида неба. Максимальное угловое расстояние между звёздами пары 20 градусов. И периодически меняется от 0 до 20 с периодом около 30 суток.

Гигант на той части планеты, где он виден (а висит он строго в определённой точке неба) просто гигантский. Его угловой диаметр составляет 36 градусов (в 72 раза больше Луны). Он превышает угловое расстояние между звёздами пары, поэтому на той стороне, где гигант виден,  ежедневно происходят солнечные затмения с одновременным покрытием обоих звезд пары.

Помимо гиганта на небе есть ещё одна луна - второй спутник. Его угловой диаметр резко меняется при движение. При наибольшем сближение - близок к радиусу луны у нас. При наибольшем удаление - в  1,7 раз меньше.

Т.к. спутник довольно крупный и должен иметь атмосферу, то его граница на небе будет не чёткой, как у Луны, а туманной из-за рассеяния света в его атмосфере.