Задайте характеристики планеты

[Калеб]

Приветствую участников форума astronomy.ru!
Первым делом хочу высказать почтение к обитателям сего места за необыкновенную здравость всех дискуссий (ей богу, мало где найдешь форум, где любой спор не заканчивается взаимными оскорблениями) и за стремление к познанию. Отличное место для общения!

Вторым делом перейду собственно к теме.
Есть у меня вопрос, даже скорее просьба к знающим астрономам: я описываю внешний вид планеты, а вы постарайтесь сказать, какие бы условия (звезда системы, орбита, возраст, и т.д.) подошли бы к описанию. Не смею требовать точности, но было бы просто замечательно получить от вас хотя бы пару-тройку предположений. Предупреждаю - речь пойдет о фантастике!

Итак, планета.
Диаметр - любой от 2 до 5 земного. Плотность невелика, притяжение в пределах 4g. Поверхность твердая, присутствует горячее ядро. Атмосфера есть, но слабее земной по всем параметрам. Кислород - менее 10%. Рельеф равнинный, реже холмистый, встречаются (на стыках плит) горные массивы. Вода в больших количествах в виде снега(именно снега!) и льда на полюсах и поверхностях глубоких океанов (необязательно водяных океанов). Температура колеблется от -30 до - 150 по Цельсию. Фауна отсутствует, флора представлена в виде десятка растений, произрастающих в самых теплых районах на вечной мерзлоте (как у них это получается, могу попытаться рассказать позднее).

Цель просьбы: сформулировать достаточно реалистичные условия существования такой планеты для написания научно-фантастической повести. Хочется перед началом работы иметь достаточное представление о мире, в котором происходит действие, а не описывать все фразами "и все из-за пришельцев, терраформирующих планету..." или вообще уклоняться от описания.

Вот такая, собственно, просьба. Извините, если не там обозначил, но тема со Станиславом Лемом разрушила мои сомнения.

[edward]

Итак, планета.
Диаметр - любой от 2 до 5 земного. Плотность невелика, притяжение в пределах 4g.

Ну вообще, эти параметры связаны формулой
g=GM/R^2

[Калеб]

Вполне логично. Я не стал определять все настолько точно, т.к. не окончательно определил притяжение.

[AlAn]

4 g - при таком притяжении вряд ли возможна разряженная атмосфера, тем более при низких температурах. И газы не должны еще конденсироваться ну, кроме разве углекислого. Может быть еще аммиак, но точно не скажу.

[Olweg]

У такой большой планеты должна быть и мощная атмосфера. Меньше земной не получится! Притяжение прямо пропорционально плотности и радиусу, так что если плотность ниже земной, то диаметр должен быть не меньше 4 земных.

Из-за снега и льда у планеты будет очень высокий альбедо - можно принять 75%, в два раза выше земного. На Земле температуры колеблются от -90 до +60 по Цельсию, со средним значением +14^о (287 К). Пусть на планете среднее значение будет -70^о (203 К). Она должна получать в четыре раза меньше энергии на единицу площади, чем Земля, что с учетом разницы альбедо дает радиус орбиты 1.25 ае (это если звезда такой же яркости, как и Солнце, что, конечно, необязательно).

Судя по развитой растительности, возраст уже солидный. Либо она так и развивалась на этой вечной мерзлоте, либо это остатки богатой биосферы, уничтоженной глобальным оледенением. Отсутствие фауны сомнительно, но возможно.

[Olweg]

4 g - при таком притяжении вряд ли возможна разряженная атмосфера, тем более при низких температурах. И газы не должны еще конденсироваться ну, кроме разве углекислого. Может быть еще аммиак, но точно не скажу.

Да, углекислота будет выпадать снегом на полюсах или даже сжижаться.

[Калеб]

Спасибо! Про атмосферу, ей богу, не подумал. Замечания учтены и задокументированы.
AlAn, не совсем понял, при чем здесь конденсация.
Возраст, забыл сказать, действительно должен быть приличным, намного старше земного. Отсюда вероятность присутствия светила в той же стадии, что и Солнце, мала. Вот еще, кстати, какой должна быть звезда?
Фауна отсутствует в связи с особенностями планеты, не позволяющей существовать созданиям хоть со сколь-нибудь развитой центральной нервной системой. НФ все таки. =)

[Nucleosome]

Фауна отсутствует в связи с особенностями планеты, не позволяющей существовать созданиям хоть со сколь-нибудь развитой центральной нервной системой. НФ все таки. =)

Ну это смотря что назывтьа фауной - вон губки тоже фауна, но не имеют нервной ситемы - если не может ей быть, то возникнет что-то заменяющие её. Грибы ещё - тоже "фрукты" ещё те и скорее всё же фауна, чем флора, хотя вроде к ний традиционно не относится. Ещё одноклеточные, поедающие растений точно будут. Ну это всё, можно и опустить в НФ... Ещё одно - поскольку планета, можно сказать, целиком арктическая, то суша на ней должна быть болотистая, облаков мало, осадков тоже не густо, ливней, там быть, наверное не может...

Возраст, забыл сказать, действительно должен быть приличным, намного старше земного. Отсюда вероятность присутствия светила в той же стадии, что и Солнце, мала.

а тогда какая стадия? Красный гигант разве что... ну тогда не биосфера должна быть очнеь молодой, и образовавшийся только тогда, когда звезда стала красным гигантом. крроме того, Солнце остаётся на главной последовательности 12 млрд. лет, Вселенной в перделах 15 млрд. Поскольку чтобы у планеты была жизнь это должна быть точно не звезда первого поколения, а содержать в себе "выбросы" более старых звёзд. Значит, получается, что в нынешней Вселенной звёзды типа Солнца только начали сходить с главной последовательности, то есть чтобы вероятность ыбла мала действия должны развиваться в будующем от нашего времени. Нуболее знающие, чем я поправят.
Можно, конечно, поселить планету рядышком с Белым карликом, но тогда неминуемо встаётс вопрос как она оказалось к нему так близко, да и волей-неволей она будет обращена к нему одной стороной - удовольствие ещё то. Так, что, ИМХО, лучше скажите, что звезда чуть более лёгкая (скажем 0.8 солнечных) и тускалая, чем Солнце, планета к ней чуть поближе, (парниковый эффект получается только за счёт метана - вода замёрзшая, в холодном воздухе её мало, углекислота тоже во льдах, поэтому в атмосфере не задерживается), тогда и светить будет дольше. Наверное цвет звезды, видимый с палнеты не сильно изменится. Вот формула для подсчёта периода обращения - думаю тоже надо:
t = (2pi*R^3/2)/sqrt(GM)
sgrt - квадратный корень,
М - масса звезды (Солнца 2*10^30 кг)
G - гравитационная постоянная (6.61*10^-11)
R - радиус орбиты планеты.
Время получается, понятно, в секундах.
Кстати, про атмосферу - честно говоря, думается, что кислорода там должно быть значительно меньше Земного - думаю, несколько процентов (в общем как вы и писали - меньше 10%) - на этой планете не может быть лесов, а они за счёт того, что относительно медленно производят круговорот веществ, много задерживают кислорода в атмосфере.

[Olweg]

Возраст, забыл сказать, действительно должен быть приличным, намного старше земного. Отсюда вероятность присутствия светила в той же стадии, что и Солнце, мала. Вот еще, кстати, какой должна быть звезда?

Зависимость времени жизни от звезды от массы примерно кубическая. Если Солнце проживет 10 млрд. лет, то оранжевый карлик массой 80% - в два раза больше!

[Алексей Тихомиров]

ей богу, мало где найдешь форум, где любой спор не заканчивается взаимными оскорблениями

Но невзаимные здесь очень даже случаются...
По теме:
А разве может существовать твёрдая планета такого размера и с такой атмосферой?
И, кстати, случайно ли в нашей системе нет планет с твёрдой поверхностью крупнее Земли?

[Калеб]

Я не астроном, но почему бы и нет? Нельзя ведь судить о Вселенной по солнечной системе.
Вот еще вопрос: могут ли под толщей льда существовать океаны, и если да, то какого состава?

[Алексей Тихомиров]

Я не астроном, но почему бы и нет? Нельзя ведь судить о Вселенной по солнечной системе.

Я тоже не астроном, но вдруг по законам физики планета с твёрдой поверхностью размером значительно больше Земли существовать не может например из-за какой-нибудь неустойчивости, например повышенная сила тяжести вызовет бурную вулканическую деятельность и твёрдая поверхность не выдержит и разрушится, поплавится и испарится, всё повзрывается, перемешается, газы вылезут наружу, и получится планета-гигант вроде какого-нибудь Нептуна... Это - только моё предположение. Интересно, что на это скажут более компетентные люди?

Вот еще вопрос: могут ли под толщей льда существовать океаны, и если да, то какого состава?

А почему бы им не быть? У нас же вблизи полюсов существуют. И не Европе вроде предпологаются.

[Nucleosome]

Вот еще вопрос: могут ли под толщей льда существовать океаны, и если да, то какого состава?

Думаю что какого угодно Их состав зависит наверняка от того, что в них выделяется из недр, а выделятся может очень много разных вещей - были бы растворимы. Правда в тех водах кислород будет едва ли - в основном будет что-то вроде сероводорода, оксидов всяких...

[Olweg]

например повышенная сила тяжести вызовет бурную вулканическую деятельность и твёрдая поверхность не выдержит и разрушится, поплавится и испарится, всё повзрывается, перемешается, газы вылезут наружу, и получится планета-гигант вроде какого-нибудь Нептуна...

Ну, в общем-то на Венере и на Земле так и происходило. Есть первичные атмосферы и вторичные. Первичные притягиваются массивными планетами из газового диска, пока его не рассеяло излучением звезды. У Нептуна как раз такая атмосфера. Вторичные уже выделяются из недр, когда планета сформирована. При диаметре 4 земных и земной плотности масса планеты будет 64 земных, что, пожалуй, многовато Такая планета успеет затянуть много водорода и удержит его. Да и скального материала в диске столько не наберется. Придется уменьшать притяжение, ничего не поделаешь! Из-за гравитационной компрессии плотность может быть раза в 1.5 больше земной.

[vika vorobyeva]

Натягивание водорода и гелия из протопланетного диска начинается при массе протопланеты в районе 10 масс Земли - в этом случае формирующаяся планета быстренько превращается в газовый гигант (т.к. газа в диске примерно в 100 раз больше, чем пыли).
Может, уменьшим радиус планеты? Хотя бы до двух земных.
Тогда могу предложить такой сценарий: планета формируется за снеговой линией или вблизи нее и состоит наполовину из камня, наполовину из льда. Ее средняя плотность будет в районе 2 г/куб.см, масса около 3 масс Земли. Правда, сила тяжести при этом раскладе будет около 3/4 земной. После формирования планета слегка мигрирует внутрь системы (с 3 а.е. до 1.25 а.е.)
Планета будет покрыта водяным льдом приличной толщины, подо льдом будет глобальный океан глубиной в сотни км. Вблизи экватора лед будет подтаивать, и в полыньях будет тлеть какая-нибудь жизнь, преимущественно растительная. Весь углекислый газ растворится в океанах, атмосфера будет азотной и довольно тонкой (может быть даже тоньше земной).
Так пойдет?

[Калеб]

Просто супер-великолепно! С потерей гравитации и размеров смирюсь. А миграция планеты приходится к месту.

Сдвинем температурный диапазон до +15 в максимуме во время перигелия - летом на экваторе будут возникать топкие болота (на редких, плавающих в океане клоках земли) с дефицитной, но стойкой растительностью и тучей воюющих микроорганизмов. В атмосфере - доминирующий азот, около процента кислорода (как результат жизнедеятельности вышеупомянутых организмов), и незначительные кол-ва инертных газов.
С составом океана мучаюсь. Вода с растворенным углекислым газом - это хорошо, но недостаточно. Упорно хочется засунуть туда метан, но как-то не подходит по характеристикам.

Сюжет повести, если кому интересно, создан при воздействии на мой мозг двух вещей: "Соляриса" Лема и "Уснувшего в Армагеддоне" Рея Бредбери. Просьба не беспокоиться, разумных толщ льда в тексте не будет.

[CADET]

Относительно растительности: если нет насекомых и фауны вообще, то это затруднит для растений обмен генетическим материалом. Пыльца будет разноситься только ветром. По этой же причине, растения не будут обладать сколько-нибудь заметными соцветиями, короче, никаких ярких красок, они не нужны. В связи с отсутствием в атмосфере заметных количеств углекислого газа (во что я не верю) листья не нужны тоже. Углекислый газ извлекается из воды. Получаются больше водоросли, чем растения. Впрочем, ваша фантазия это преодолеет.
 Также, никаких ягод и прочих фруктов, корнеплоды, может быть.
Сезонные изменения, конечно менее заметны около экватора, но если ось вращения  планеты существенно наклонена к эклиптике, то они будут. Как результат, ваши растения должны уметь на зиму вмерзать в лёд, а весной вытаивать из него. Поэтому, я бы порекомендовал для них тёмные оттенки, в идеале – чёрный цвет. В состав растений введите побольше глицерина, или других высших спиртов, это поможет им не промерзать до смерти в холода.

[ALZ]

а можно заказать двойную звезду?

чтобы восходы-заходы на той планете вот такими были:

[Aquarius]

а можно заказать двойную звезду?

чтобы восходы-заходы на той планете вот такими были:

Мне кажется, что вращение планеты вокруг двойной звезды будет весьма нестабильным ( в смысле орбиты, со всеми вытекающими последствиями...)

А вот пару, или даже больше, естественных спутников такой массивной планетке прибавить не помешает .

[Калеб]

Извините, но двойную звезду позволить никак не могу. Цитирую Лема:
"Орбиты таких планет непрерывно изменяются из-за непостоянства сил притяжения, вызванного взаимным обращением двух солнц. Возникающие изменения гравитационного поля сокращают или растягивают орбиту планеты, и зародыши жизни, если они возникнут, будут уничтожены испепеляющим жаром или космическим холодом."
Спутники непременно есть.
CADET 
Необязательно только водоросли. Во время все того же лета на оттаивающих участках происходят гейзер-выбросы из океана в атмосферу некоторого кол-ва воды и углекислого газа. Вследствие чего в теплую пору листья активно распускаются для фотосинтеза. Зимой же впадают в спячку, поддерживая себя летними запасами и некоторым кол-вом воды, которую получают, фокусируя на снеге подобие биологической линзы или же накапливая его в парниковых камерах.
С цветом согласен. Будет черным, с легкими оттенками для дифференциации видов.