Жизнепригодные планеты с экзотическими условиями

[Андрей Курилов]

Третьим кислород идёт, и только потом - углерод.

ну это как с исходными повезёт. В смысле - какая сверхновая облако создала

Нет, речь была о среднем составе по вселенной.

[Vavanzer]

Соответственно можно оценить, что скорее всего планета рассматриваемого типа будет иметь массу от 1-3 массы земли и находиться на расстояние в диапазоне от 3 до 15 а.е. от звезды типа солнца.

Надо чтоб такая смогла возникнуть. Т.к. нужны условия в диске, чтоб соблюсти соотв. соотношение пыли и водорода. Почему то в нашей системе планета или вообще развалилась, не успев возникнуть, или газовые гиганты получились. 
Фишка в том что судя по всему если планета способна держать водород, она будет наедаться им "до последнего", пока разгоревшаяся звезда не выбросит его  на задворки.
Планеты такие возможны, но их может быть оч мало в общем количестве.

[Инопланетянин]

Если бы в атмосфере было на пару-тройку порядков больше молекулярного водорода.

Таки, речь именно об этом. Читайте тему внимательнее.

[Rattus]

Таки, речь именно об этом. Читайте тему внимательнее.

Насколько Мы знаю, если на планете появляется в столь существенных количествах водород,то этим дело никак не ограничивается и получается газовый гигант, что происходит только за снеговой линией. Потом он конечно может мигрировать - но Боржоми пить уже поздно.
Сверхземель "немножко беременных" водородом, насколько Нам известно, ни одна модель планетогенеза не допускает.

[AlexAV]

Насколько Мы знаю, если на планете появляется в столь существенных количествах водород,то этим дело никак не ограничивается и получается газовый гигант

Очень необязательно. Способность планеты удерживать газы в атмосфере - не константа и зависит не только от самой планеты, но и от активности звезды. Вполне возможна ситуация, когда на стадии тау Тельца планета удержать водород не в состояние и обдирается до голого каменистого тела, а на последующей стадии (когда активность звезды сильно снижается) атмосфера вновь наполняется вторичным водородом из мантии. В случае Земли удержание этой вторичной водородной атмосферы на больших промежутках времени невозможно (но временно она была, без неё объяснить отсутствие ледников в архее при слабом солнце и теплого климата раннего Марса решительно не возможно, азотная и углекислая атмосфера это обеспечить принципиально не могла, потом рассеялась).

Если бы земля была выброшена при планетных миграциях во внешнюю область (т.е. в эти самые 5-15 а.е.), то эта вторичная водородная атмосфера сохранилась бы.  И это вполне реалистичный сценарий формирования таких жизнепригодных каменистых планет с водородной атмосферой.   

[Rattus]

но временно она была, без неё объяснить отсутствие ледников в архее при слабом солнце и теплого климата раннего Марса решительно не возможно

А с небиогенным метаном?
(Правда тогда становится не очень понятно - чем же всё-таки питались метаногены. Но может быть их много и не было никогда.)

[Nucleosome]

Тогда как фиброину - десятки, а то и сотни миллионов лет - и ничего круче так и не придумано.

скорее всё же сотни, но не важно - если бы нам его бы не давали Членистоногие в потрясающем качестве, то его чудо-свойство для нас возможно были бы столь "вечно-перспективным" как и карбина - ведь проблема там, как и с наноструктурами это делать их без дефектов, что у пауков и бабочек получается и фиброином неплохо, а вот у нас с наноматериалами - хорошо если через раз.

Вроде даже Desulforudis audaxviator незначительного притока энергии получаемой ей из продуктов радиолиза, даваемых природным ураном в горных породах, для азотофиксации хватает, а более дохлого потока энергии и представить трудно.

ну да, то есть те самые "невосполнимые потери" азота могут быть очень малы, хотя и прирост биомассы там тоже очень невелик, но не карачун конечно.

На эукариот бы точно не хватило.

трудно предположить что биосфера 1 - 1,5 млрд лет назад имела продуктивность хотя бы 1/10 от современного - кучкуясь возле континентов-то...

атмосфера вновь наполняется вторичным водородом из мантии.

а откуда он там на каменистой планете? кстати, а может ли быть в двойной системе, где между компонентами порядка 100 а. е. и одна звезда голубая массой под 10 солнечных и взорвалась ещё на заре системы, и ободрала гиганты, но не до конца?

[Vavanzer]

Сверхземель "немножко беременных" водородом, насколько Нам известно, ни одна модель планетогенеза не допускает.

Но вероятность не нулевая. Она может быть в переходной области, где и водорода норм и "земли", причем в такой пропорции получится, что водорода будет с небольшим избытком - и с веществом среагировать и атмосферу сформировать.
Еще вариант - в облаках с  повышенной металличностью, где планеты потяжелее Земли будут образовываться в тч в "области Марса", и  астероидов.

[AlexAV]

А с небиогенным метаном?

Недостаточно эффективен как парниковый газ, т.е. не перекрывает всё окно прозрачности. Более того,  здесь предполагается, что появление метаногенов стало одним из факторов, снизившим равновесную концентрацию водорода в атмосфере, и способствовавшим резкому похолоданию климата в конце архея.

а откуда он там на каменистой планете?

Главным образом реакции минералов ранней литосферы с водой. Преимущественно с металлическим железом (это очень распространённый минерал в астероидах и должен был в больших количествах встречаться в ранней литосфере):

Fe + 2H2O = Fe(OH)2 + H2

В меньшей степени - серпентинизация оливинов:

6[(Mg1.5Fe0.5)SiO4] + 7H2O  = 3[Mg3Si2O5(OH)4] + Fe3O4 +H2

По оценке С.А. Ушакова Земля таким образом в сумме потеряла около 2,6 10²⁴г воды. Если бы выделившийся при этом водород не рассеялся в космическом пространстве, а остался в атмосфере, то это бы дало водородную атмосферу с давлением в 62 атм. В рамках рассмотренного вопроса это более чем достаточно.

[Rattus]

Более того,  здесь предполагается, что появление метаногенов стало одним из факторов, снизившим равновесную концентрацию водорода в атмосфере, и способствовавшим резкому похолоданию климата в конце архея.

Выглядит вполне логично и комплементарно современным концепциям абиогенеза.
Получается эдакая двухступенчатая дегидрогенизация-депарнификация Земли: сначала метаногенами, потом фотосинтетиками. И именно водород является главным энергоресурсом для жизни.

[Vavanzer]

По оценке С.А. Ушакова Земля таким образом в сумме потеряла около 2,6 1024г воды. Если бы выделившийся при этом водород не рассеялся в космическом пространстве, а остался в атмосфере, то это бы дало водородную атмосферу с давлением в 62 атм. В рамках рассмотренного вопроса это более чем достаточно.

Вот тока опять к началу обсуждения возвращаемся... Если за "земле" где-нибудь на орбите Юпитера, будет водородная атмосфера, будет так же тепло как и на реальной Земле, он ведь так же благополучно улетучится... Т.е сам себя своим же парниковым эффектом и выкурит... хотя пусть и медленнее...

Т.е без добавления массы мало что прокатит.

[AlexAV]

Вот тока опять к началу обсуждения возвращаемся... Если за "земле" где-нибудь на орбите Юпитера, будет водородная атмосфера, будет так же тепло как и на реальной Земле, он ведь так же благополучно улетучится... Т.е сам себя своим же парниковым эффектом и выкурит... хотя пусть и медленнее...

Нет, не верно. Температура с тропосфере на диссипацию атмосфер планет вообще не влияет. Скорость рассеяния атмосферы зависит только от условий в термосфере и на экзобазе, которые от парникового эффекта никак не зависят. Они определяются (помимо естественно массы и состава атмосферы) только от притоком жёсткого УФ. А этот приток на уровне 10 а.е. будет в 100 раз ниже, чем на уровне 1 а.е.

будет так же тепло как и на реальной Земле

Ещё раз. Тепло будет в тропосфере, а в  верхней атмосфере будет как раз холодно (относительно), парниковый эффект на температуру верхней атмосферы вообще никак не влияет. На тропопаузе жизнепригодной планеты на орбите Сатурна будет порядка 84К (при том, что на поверхности будет жидкая вода и температура ~300К ). Выше же профиль температур и давлений будет очень близок к нему у современного Сатурна.

 

Т.е без добавления массы мало что прокатит.

Результаты моделирования говорят, что как раз нормально. Т.е. далее 5 а.е. достаточно планеты в 1 массу земли.

[Vavanzer]

На тропопаузе жизнепригодной планеты на орбите Сатурна будет порядка 84К (при том, что на поверхности будет жидкая вода и температура ~300К ). Выше же профиль температур и давлений будет очень близок к нему у современного Сатурна.

 А конвективная  составляющая как учитывается? Восходящие потоки будут гнать воздух вверх, где он благополучно охладится и рассеет тепло в  тонких  слоях. Нисходящие потоки будут  гнать ледяной воздух вниз.

Конвективный перенос, перемешивание воздушных масс дают сильный антипарниковый вклад

 И кстать в водородной атмосфере еще и  ИК составляющая будет. Т.к она не прозрачна, то букет греться еще и сверху солнечным ИК.

[AlexAV]

А конвективная  составляющая как учитывается? Восходящие потоки будут гнать воздух вверх, где он благополучно охладится и рассеет тепло в  тонких  слоях.

Ничего подобного. Конвекция в парниковой тропосфере (с низкой прозрачностью для ИК) всегда приводить всего лишь к установлению адиабатического профиля температур. При этом зависимость температуры воздуха от высоты описывается законом:


здесь \gamma - показатель адиабаты, g - ускорение свободного падения, M - молекулярная масса, R - универсальная газовая постоянная.

При достаточной толщине тропосферы (т.е. в сущности атмосферного давления на поверхности) разница между температурой тропопаузы и поверхности может быть вообще любой.

Температура же тропопаузы всегда близка к радиационной температуре планеты, т.е. зависит по сути в основном от потока излучения от звезды и альбедо планеты.

И кстать в водородной атмосфере еще и  ИК составляющая будет. Т.к она не прозрачна, то букет греться еще и сверху солнечным ИК.

Не приведёт (попросту в силу принципа детального равновесия). Если вещество на какой-то линии поглощает излучение, то оно на той же линии так же и излучает. ИК излучение не может нагреть оптически тонкий слой (а именно этот случай имеет место в верхней атмосфере) до температур выше тех при которых плотность потока падающего излучение на длине волны, соответствующей линии поглощения, равна плотности потока чернотельного излучения на той же длине волны.

Для потоков солнечного излучения на расстояние 5-10 а.е. - это очень низкие температуры, всего лишь десятки кельвин.

Вообще нагрев верхней атмосферы идёт в основном не за счёт видимого света или ИК, а в результате поглощения жёсткого УФ. И здесь картина получается прямо противоположная тропосферной. Рост парниковых свойств атмосферы ведёт не к нагреву, а к выхолаживанию термосферы (чем сильнее парниковые свойства, тем лучше вещество излучает и охлаждается в оптически тонком слое, а поглощение энергии коротковолнового диссоциирующего и ионизирующего излучения от спектров в ИК области не зависит).

Правда водородная термосфера, поскольку поглощение водородом ИК имеет исключительно столкновительную природу (изолированная молекула водорода, как и любая гомоядерная молекула, ИК практически не поглощает), действительно получается весьма горячей. Т.е. водород при низких давлениях практически не поглощает и не излучает ИК (он хорошо поглощает только при высоких давления при большом количестве межмолекулярных столкновений), то верхняя атмосфера в этих условиях может охлаждаться только за счёт излучения малых компонент (примесей углеводородов, в термосфере заметную роль в этом случае играет молекулярный ион H3+, и т.д.). В результате даже у Сатурна термосфера получается весьма горячей, до 800К.



Но при моделирование диссипации водородной атмосфер, данные которого я приводил, это всё учитывалось. Т.е. на вывод, что дальше 5 а.е. для удержания водородной атмосферы достаточно планеты массой равной одной земной, это никак не влияет.

[crazy_terraformer]

Могут ли существовать планеты с парниковым слоем водорода во внешних слоях атмосферы?
 Но в нижних слоях атмосфера :
a) азотная;
b) азотно-кислородная;
c) азотно-кислородно-углекислотная ;

Как вариант это может быть результат терраформирования отдаленных от звезды планетоидов.

[Инопланетянин]

У Титана замечен слой очень спокойной атмосферы на некоторой высоте при том, что и выше и ниже бури.
Но насчёт такого расслоение не знаю. У Земли кислород высоко забирается, аж до озонового слоя Может при очень сильной гравитации?

[crazy_terraformer]

У Титана замечен слой очень спокойной атмосферы на некоторой высоте при том, что и выше и ниже бури.
Но насчёт такого расслоение не знаю. У Земли кислород высоко забирается, аж до озонового слоя Может при очень сильной гравитации?

Сильного расслоения не надо.

[Инопланетянин]

Надо очень надёжно отделить кислород от водорода. Я не уверен, что это в принципе возможно.

[crazy_terraformer]

Надо очень надёжно отделить кислород от водорода. Я не уверен, что это в принципе возможно.

Не обязательно, главное чтобы не было энергетических условий и катализаторов для их взаимодействия.

[Инопланетянин]

Я уверяю, водород взрывается в широчайшем диапазоне концентраций и температур. И при этом безо всяких катализаторов. Не надо с этим шутить.