Игра ума: обитаемый спутник газового гиганта в системе двойной звезды

[CADET]

ежедневно происходят солнечные затмения с одновременным покрытием обоих звезд пары.

При этом, максимальная длительность "тёмной ночи", в период, когда светила в соединении, будет составлять 2,3 часа. В большинстве случаев - меньше. А если плоскость орбиты спутника имеет значительный наклон к плоскости эклиптики патрона, то будут периоды вообще без затмений.

[Dayan]

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.

Интересно.

Я тут рассчитал инсоляцию на обитаемом спутнике с Вашими параметрами в трёх конфигурациях:
I. В момент, когда линия, соединяющая две звезды, перпендикулярна линии, соединяющей планету и центр масс звёзд, инсоляция на планете окажется равна 0.965 земной.
II. В момент, когда более яркая звезда находится в самой ближайшей к планете точке орбиты, а тусклая - в наиболее далёкой, инсоляция на планете (без учёта короткого момента затмения одной звезды другой) окажется близка к 1.252 земной.
III. В момент, когда более яркая звезда находится в самой дальней от планеты точке орбиты, а тусклая - в наиболее близкой, инсоляция на планете станет равной 0.895 земной.
Инсоляцию рассчитывал без учёта расстояния между спутником и планетой, а также возможной эллиптичности орбит, но с учётом того, что обе звезды движутся на разном расстоянии от центра масс из-за разности их масс.

Таким образом, разница инсоляций за синодический период составит около 1.4 раза! На мой взгляд это много для 60-дневного сезона. В качестве мер, чтобы сгладить вариацию инсоляции, я предложил бы либо приблизить обе звезды друг к другу, либо же увеличить их массы и светимости, чтобы расширить общую зону обитаемости.
Хотя, с другой стороны, такая частая смена сезона года чрезвычайно необычна для планет у одиночных звёзд. И для гипотетической жизни. А в данной модели в среднем инсоляция близка к земной.
Очень интересна тепловая инерция атмосферы спутника - если она плотнее земной (например, с давлением 2-5 атмосфер), то сезонов почти не будет, либо они будут слабо проявляться.

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.

Такая близкая обрита спутника чревата мощным вулканизмом на нём. Приливные силы от планеты при такой конфигурации будут в 3.4 раза сильнее, чем на Ио от Юпитера.
Я бы предложил, во-первых, снизить массу планеты вдвое, при этом сделать её плотность немного меньше, чем у Сатурна - это вполне в рамках нормы для наблюдаемых экзопланет, просто доля водорода и гелия в её составе будет побольше, а ядро из тяжёлых элементов меньше. Во-вторых, орбиту спутника немного увеличить - пусть "сутки" на спутнике будут длиннее, например, двое земных, но при плотной атмосфере это не страшно.

Моя версия планеты со спутниками:
Масса планеты - 50 масс Земли, средний диаметр (без учёта сплюснутости) - около 7.5 диаметров Земли, или 95700 км. Период обращения обитаемого спутника - 53 часа (или 2.2 суток), тогда среднее расстояние между планетой и спутником составит 266.7 тысяч км. Сила приливов от планеты, действующая на спутник, была бы 0.62 силы, действующей на Ио - почти как на Европе.
При таком расстоянии диск планеты с обитаемого спутника будет виден под углом примерно 21 градус - тоже огромный. Конечно, оба солнца он будет закрывать одновременно недолго (и даже не слишком часто при небольшом угле орбиты спутника к плоскости орбиты планеты). Опять же, здесь сталкиваемся с необходимостью уменьшить расстояние между родительскими звёздами, если мы хотим более долгое затмение обеих солнц.
А ещё, кроме внешнего спутника размером с Марс, можно ввести третий - размером с Луну или Меркурий на внутренней орбите по отношению к рассматриваемому спутнику. Один с атмосферой (марсоподобный), другой - без.
Их параметры навскидку таковы: внутренний спутник обращается с периодом примерно 23 часа (большая полуось орбиты 153 тыс км), внешний - на орбите с периодом около 6 суток (большая полуось 520 тыс км).
При этом сам обитаемый спутник должен иметь массу меньшую, чем у Земли, чтобы обеспечить стабильность системы (хотя это надо считать, и просто так не скажешь), например, 0.6 массы Земли. При 1g он будет иметь размер 0.78 размера Земли, а плотность - 6.97 г/см³. "Железный" такой, с ядром как у Меркурия по доле. Хотя я бы взял другой радиус, и пусть сила тяжести была бы немного меньше 1g, но зато это не смотрелось бы так искусственно - "воздушная" планета с "железным" спутником.

[Инопланетянин]

Хотя я бы взял другой радиус, и пусть сила тяжести была бы немного меньше 1g

Это исключительно правильно. И для космонавтики очень полезно. Хотя всё равно из гравитационной ямы G1 выбираться.
Но обитаемым, насколько я понимаю, второй марсоподобный спутник не будет?

[shuricos]

Интересно поведение воды на S1.
Вероятно, сторона, обращённая к G1, будет возвышенной относительно противоположной стороны. Поэтому противоположная сторона будет в основном океанической, а обращённая к G1 - континентальной.

Полярные ледники будут наползать на сторону G1 сильнее, чем на океаническую сторону.

В жаркий 15-дневный сезон по всей планете будут шторма. Вода будет активно испаряться в экваториальной и умеренной зоне. Ледники будут таять, вызывая потопы.

В холодный сезон полярные шапки разрастутся. В умеренном поясе - дожди и снег.

В 15-дневную весну всё начнёт таять и опять начнутся потопы.

[Ulmo]

Приливные силы от планеты при такой конфигурации будут в 3.4 раза сильнее, чем на Ио от Юпитера.

Вроде считается, что приливный разогрев на Ио вызван небольшим эксцентриситетом ее орбиты и гравитационным влиянием от Европы и Ганимеда, находящихся с ним в резонансе. Если постулировать, что орбита S1 вокруг G1 практически круговая, а других, сопоставимых по массе спутников нет, то по идее синхронно вращающийся S1 не должен сильно разогреваться приливными силами.

[Dayan]

Но обитаемым, насколько я понимаю, второй марсоподобный спутник не будет?

Я рассматривал три спутника - внутренний луноподобный, средний обитаемый (аналог Земли с массой 0.6 массы Земли), и внешний марсоподобный. (Хотя сейчас думаю, что при таких соотношениях орбит и масс это не слишком стабильная конфигурация. Надо бы внутренний спутник приставить ближе к планете.)
AlexAV - два спутника: внутренний обитаемый и внешний марсоподобный.

Вроде считается, что приливный разогрев на Ио вызван небольшим эксцентриситетом ее орбиты и гравитационным влиянием от Европы и Ганимеда, находящихся с ним в резонансе. Если постулировать, что орбита S1 вокруг G1 практически круговая, а других, сопоставимых по массе спутников нет, то по идее синхронно вращающийся S1 не должен сильно разогреваться приливными силами.

У Ио практически круговая орбита: его e = 0.0041, меньше, чем у любой планеты Солнечной системы. Да, Ио находится в резонансе с другими крупными спутниками. В нашем же случае предполагается, что S1 не находится в резонансе с марсоподобным спутником (или другим крупным).
Абсолютно круговых орбит не бывает. В экзопланетологии практически круговыми считаются орбиты с эксцентриситетами меньше 0.1.
На самом деле трудно сказать, будет ли приливный разогрев намного меньше в отсутствие резонансов.

[arduan]

 >:(А как насчет этого :    https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,51690.msg2253738.html#msg2253738

[Dayan]

Но обитаемым, насколько я понимаю, второй марсоподобный спутник не будет?

Не сразу понял вопроса.
Поскольку спутниковая система относительно компактна, то, может быть, панспермия между спутниками более эффективна, чем между планетами Солнечной системы, и марсоподобный спутник постоянно будет подвержен "заражению" жизнью пока на S1 она есть?
Кстати, марсоподобный спутник - не совсем марсоподобный, ведь освещение на нём не как на Марсе, а как на Земле по условию, т.е. он значительно теплее. Значит, под марсоподобностью следует понимать размеры спутника, разреженную атмосферу и сухой климат? Если на нём чуть более плотная атмосфера, чем на Марсе, но также есть некоторое количество воды, то думаю можно предполагать наличие сезонных ручьёв и озёр, следовательно, на нём возможны какие-то пустынные формы - так даже интереснее. Представляете, смена сезонов, и спутник в небе S1 местами будет изменять цвет (из-за влаги и растительности), где-то будет покрыт облачностью.

[Инопланетянин]

Поскольку спутниковая система относительно компактна, то, может быть, панспермия между спутниками более эффективна

Это уже частности, главное - на марсоподобном будут условия для жизни или нет? Если нет, то и панспермить некуда будет.

Значит, под марсоподобностью следует понимать размеры спутника, разреженную атмосферу и сухой климат?

Только размеры. И потом, это ваш термин, я просто использовал. Конечно, должна быть вменяемая атмосфера, температура и вода. Ну температура будет в любом случае, а вот вода и атмосфера нуждаются в обсуждении. Чуть более плотная сделает космонавтику в той системе почти столь же бессмысленной, что и в нашей. Чтобы было куда лететь надо атмосферу не чуть-чуть, а почти как на Земле.

[Dayan]

Только размеры. И потом, это ваш термин, я просто использовал. Конечно, должна быть вменяемая атмосфера, температура и вода. Ну температура будет в любом случае, а вот вода и атмосфера нуждаются в обсуждении. Чуть более плотная сделает космонавтику в той системе почти столь же бессмысленной, что и в нашей. Чтобы было куда лететь надо атмосферу не чуть-чуть, а почти как на Земле.

Космонавтика - это не на марсоподобном спутнике, а на обитаемом - земноподобном (S1)! Там же аборигены живут. Марсоподобный спутник - дополнительный (для красивого вида с обитаемого спутника). Можно назвать его к примеру S2. И это не мой термин, а AlexAV впервые использовал его этой в теме.
Что касается атмосферы на земноподобном спутнике - то лучше сделать её именно плотной, в районе 2-5 атм. Чтобы сгладить температурные колебания сезонов.

[Инопланетянин]

Я к тому, что если на S2 будет приличная атмосфера и совместимая с S1 жизнь, то у тамошней космонавтики будет хороший стимул куда лететь. А низкая гравитация S1 сделает полёты просто сказкой.

И это не мой термин, а AlexAV впервые использовал его этой в теме.

Спсб, учту.

P.S. G1 создаст настолько красивый вид, что ещё какие-то дополнительные спутники будут в сравнении с ним смотреться уже слабовато. Хотя, тоже добавят антуража, конечно.

[Dayan]

Я к тому, что если на S2 будет приличная атмосфера и совместимая с S1 жизнь, то у тамошней космонавтики будет хороший стимул куда лететь. А низкая гравитация S1 сделает полёты просто сказкой.

Ну, совершенно идентичные атмосферы у S1 и S2 - такие, чтобы жители первого могли бы без труда дышать на другом, не представляется сильно вероятным.

P.S. G1 создаст настолько красивый вид, что ещё какие-то дополнительные спутники будут в сравнении с ним смотреться уже слабовато. Хотя, тоже добавят антуража, конечно.

Интересно, а как бы развивалась астрономия в такой системе? Наверное почти сразу пошла бы по верному пути - было бы очевидным что вокруг чего вращается.

[Dayan]

И это не мой термин, а AlexAV впервые использовал его этой в теме.

Спсб, учту.

Извиняюсь, всё-таки термин "марсоподобный" использовал я. AlexAV сказал только

Гигант имеет второй спутник размером с Марс на орбите с радиусом  700 тыс. км и периодом 6,9 суток.

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.

Думаю, можно сделать S2 не совсем марсоподобным. Пусть на нём будет не такая разреженная атмосфера, как на Марсе, но всё же условия намного жёстче, чем на S1. И хотя сезонные изменения погоды на нём сильны, было бы интересно присутствие там сложной жизни вроде растений и животного мира, отличающихся от S1.

[shuricos]

P.S. G1 создаст настолько красивый вид, что ещё какие-то дополнительные спутники будут в сравнении с ним смотреться уже слабовато. Хотя, тоже добавят антуража, конечно.

G1 видно только на одной половине S1. Вторая половина не имела бы никаких видимых небесных тел, кроме солнц.

Добавление S2 решает эту несправедливость.

[shuricos]

Интересно, а как бы развивалась астрономия в такой системе? Наверное почти сразу пошла бы по верному пути - было бы очевидным что вокруг чего вращается.

Не очевиднее, чем землянам.
Возможно, те народы, которые жили бы на стороне G1, считали бы, что звёзды, S1,2, A1,2 вращаются вокруг G1.

[Инопланетянин]

G1 видно только на одной половине S1. Вторая половина не имела бы никаких видимых небесных тел, кроме солнц.

Вероятно, сторона, обращённая к G1, будет возвышенной относительно противоположной стороны. Поэтому противоположная сторона будет в основном океанической, а обращённая к G1 - континентальной.

Если так и будет (а почему бы и нет? приливные сили должны нагнать магму), то на противоположной стороне никого не будет. Вся земля представленная единственным, правда очень большим, материком будет видеть G1. Конечно, неизвестно как поведёт себя кора в приливном резонансе, но если именно так, то очень здорово. Ещё и для обитаемых планет у красных карликов.

[Dayan]

Если так и будет (а почему бы и нет? приливные сили должны нагнать магму), то на противоположной стороне никого не будет. Вся земля представленная единственным, правда очень большим, материком будет видеть G1. Конечно, неизвестно как поведёт себя кора в приливном резонансе, но если именно так, то очень здорово. Ещё и для обитаемых планет у красных карликов.

Наверное, так однозначно сказать всё же нельзя. Очень много факторов. Например, распределение водных пространств зависит также от характера взаимодействия с другими спутниками (планетами), наличия под корой океана сильно разогретой магмы и его структуры (например на Ио такие образования оказались не там, где это предсказывала старая модель), хотя может на земноподобном спутнике он глобальный. Может также химсостав коры спутника неоднороден - в одном месте много породы с такой-то плотностью, в другом месте - другая порода с другой плотностью. Ещё зависит от того, какое количество воды имеется на поверхности этого спутника - если её меньше, чем на Земле, она могла бы не скапливаться только на одном полушарии.

[Проходящий Кот]

G1 видно только на одной половине S1. Вторая половина не имела бы никаких видимых небесных тел, кроме солнц.

Вероятно, сторона, обращённая к G1, будет возвышенной относительно противоположной стороны. Поэтому противоположная сторона будет в основном океанической, а обращённая к G1 - континентальной.

Если так и будет (а почему бы и нет? приливные сили должны нагнать магму), то на противоположной стороне никого не будет. Вся земля представленная единственным, правда очень большим, материком будет видеть G1. Конечно, неизвестно как поведёт себя кора в приливном резонансе, но если именно так, то очень здорово. Ещё и для обитаемых планет у красных карликов.

Вы так до Саракша доиграетесь......

[AlexAV]

Такая близкая обрита спутника чревата мощным вулканизмом на нём. Приливные силы от планеты при такой конфигурации будут в 3.4 раза сильнее, чем на Ио от Юпитера.

Вот кстати статья о приливном нагреве спутника или планеты: http://arxiv.org/pdf/0808.2770v1.pdf

Соотношения для потока тепла



e - эксцентриситет. Если мы имеет изолированный спутник, то достаточно быстро эксцентриситет станет неотличим от нуля и естественно тогда никакого приливного разогрева не будет. Для того чтобы приливный разогрев имел место на протяжение геологически длительного периода необходимо чтобы он поддерживался по средствам возмущения орбиты спутника третьими телами (скажем ещё один спутник).

[AlexAV]

Орбита обитаемого спутника  имеет радиус 187,5 тыс. км, а период обращения 23 часа.

Да... Не годится. Прикинул, получилось, что такой спутник упадёт на гигант из-за приливного трения меньше чем за миллион лет.

Моя версия планеты со спутниками:
Масса планеты - 50 масс Земли, средний диаметр (без учёта сплюснутости) - около 7.5 диаметров Земли, или 95700 км. Период обращения обитаемого спутника - 53 часа (или 2.2 суток), тогда среднее расстояние между планетой и спутником составит 266.7 тысяч км. Сила приливов от планеты, действующая на спутник, была бы 0.62 силы, действующей на Ио - почти как на Европе.

Так ТЗ было на спутник с периодом обращения вокруг оси в 23 часа. Вот и пытаюсь подобрать параметры, когда такое возможно. Но похоже не очень получается... А так согласен  - более широкая орбита для обитаемого спутника была бы более естественна.