Пределы массы обитаемой землеподобной планеты

[Пенелопа]

А как вы считаете, Пенелопа, какие верхний и нижний пределы массы должна иметь планета в зоне обитания для поддержания жизни?

С нижней все понятно  - что бы кислород не улетел. А вот с верхней  - я бы предложила, что бы водород постепенно улетел.  Вообще все зависит что такое жизнь и от дополнительных условий, например состава туманности.

А насчет увеличения массы и радиуса, думаю вопрос исчерпан, т.к. у нас нет принципиальных разногласий.

Я не понимаю логику, поэтому не могу понять Вы использовали сложный способ решения простой задачи или что-то еще?

[Dayan]

Я не понимаю логику, поэтому не могу понять Вы использовали сложный способ решения простой задачи или что-то еще?

Мы кажется не понимаем друг друга. Конечно, нет! Я так представляю, что вам не понятно, зачем я использовал площадь поверхности?  Она же дает вкупе с массой предсталение об изменении силы тяжести на поверхности. И я беру именно сравнение параметров планеты с параметрами Земли (радиус, масса, плотность, и т.д.), а не абсолютные величины. А для получения например, радиуса в км., просто умножаем радиус Земли в км. на относительный радиус.
Вот смотрите, даны два шара разных радиусов. Это известно из геометрии: площадь поверхности шара равна S = 4*pi*R². Значит площади поверхности двух разных шаров различаются как отношение их радиусов в квадрате.
И выходит, что сила тяжести есть отношение относительной массы на относительный радиус в квадрате (т.е. отношение их площадей поверхности), если они известны!

[Пенелопа]

И выходит, что сила тяжести есть отношение относительной массы на относительный радиус в квадрате, если они известны!

Радиус в квадрате это понятно что. И отношение радиусов  в квадрате понятно что. Не понятно только зачем это площадью называть. Зачем лишать задачу наглядности?

Тем более, что если плотность, то получается радиус, а не площадь.
Вот и получается, что в том, что Вы с самого начала написали,  невозможно разобраться. Всего то надо было написать одну формулу и сказать, что у массивной планеты происходит сжатие.

[Dayan]

  Не площадь, а отношение площадей есть отношение радиусов в квадрате... Ладно, закроем тему про радиусы, площади и т.д., а то так можно до бесконечности.
Да, можно сказать проще: чем больше масса планеты, тем она плотнее, и тем на ней больше сила тяжести (и атмосферное давление), и без вывода всяких там закономерностей.

[Пенелопа]

Не площадь, а отношение площадей есть отношение радиусов в квадрате.

Если нам известна площадь, то это имеет смысл.  В противном случае это усложнее,

Да, можно сказать проще: чем больше масса планеты, тем она плотнее, и тем на ней больше сила тяжести (и атмосферное давление), и без вывода всяких там доказательств.

А это не верно!   
Чем больше масса у планеты, чем больше ее радиус. Поэтому у нее больше сила тяжести. Сила тяжести на поверхности пропорциональна плотности на радиус. Если
бы плотность была одинаковой у всех планет, то радиус рос как корень  третей степень от массы.   И на массивой планете все равно было бы тяжелее. В случае 10 масс Земли  это соотношение было бы  2.15g,   но так как есть и увеличение плотости, то будет 2.92 g. При чем при увеличении протности уменьшается радиус, но в меньшей степени.

Атмосферное давление вообще   прямо от массивности планеты не зависит.  Вот сравните давлени на Венере  9,3 10⁶Па, с 10⁵ на Земле.
Масса Венеры чуть меньше, а давление больше  в 100 раз.

[Dayan]

Про давление: вероятнее, что у массивной планеты на орбите зоны обитания, будет более высокое давление не только в силу большей массы атмосферы, но и в силу как раз большей g, ведь давление пропорционально массе, умноженной на g и деленной на единицу площади, над которой эта самая масса атмосферных газов (это из определения давления из физики). А малая плотность атмосферы у такой планеты скорее всего будет свидетельствовать о том, что она либо близка к звезде и чрезвычайно горячая (как горячий юпитер), либо в период формирования она было ближе к звезде, а потом сместилась дальше от нее.

[Olweg]

А вот интересно на Венере была тектоника плит или нет? Ведь масса примерно такая же, как у Земли. Или она зависит только от наличия океанов?

Возможно. Недавно где-то мелькнула новость про граниты. Поищу.
Вода предположительно стимулирует тектонику, действуя как смазка. Венера, не имея магнитного поля, воду быстро потеряла и перешла к плюм-тектонике. Ещё может влиять градиент температур между мантией и атмосферой.

Почему не будет? Возможно, с появленим жизни были бы проблемы, а уж если началось-поехало, то...

Тектоника плит обеспечивает стабильный геологический цикл, обмен в-в, на котором держится биосфера. Если планета геологически мертва или при смерти, как Марс, жизнь на ней будет соответствующая.

Сценарий, при котором массивная, около 10 масс Земли, планета обладает не слишком плотной атмосферой, реализуется в том случае, если образование массивной планеты идёт путём столкновения менее массивных.

А так на самом деле и происходит – на финальном этапе планеты растут от взаимных импактов крупных протопланет, причём происходит это уже после рассеяния газа. Другой вопрос, хватит ли материала на создания такой планеты внутри «снеговой линии». Это уже напрямую зависит от металличности диска.

[Dayan]

А вот интересно на Венере была тектоника плит или нет? Ведь масса примерно такая же, как у Земли. Или она зависит только от наличия океанов?

Возможно. Недавно где-то мелькнула новость про граниты. Поищу.
Вода предположительно стимулирует тектонику, действуя как смазка. Венера, не имея магнитного поля, воду быстро потеряла и перешла к плюм-тектонике. Ещё может влиять градиент температур между мантией и атмосферой.

Непонятно, как взаимосвязаны тектоника, вода и магнитное поле? Это вследствие отсутствия у Венеры магнитного поля она потеряла воду? Каковы механизмы? Я понимаю, если на Венере вода испарилась, а затем распалась на составляющие из-за близости к Солнцу.
Насчет градиента: значит ли что градиент между мантией и атмосферой у Венеры и Земли были изначально разные? В чем могло заключаться данное различие? Я считаю, что данное явление оказывает несущественную роль в формировании водной оболочки планеты.

Сценарий, при котором массивная, около 10 масс Земли, планета обладает не слишком плотной атмосферой, реализуется в том случае, если образование массивной планеты идёт путём столкновения менее массивных.
А так на самом деле и происходит – на финальном этапе планеты растут от взаимных импактов крупных протопланет, причём происходит это уже после рассеяния газа. Другой вопрос, хватит ли материала на создания такой планеты внутри «снеговой линии». Это уже напрямую зависит от металличности диска.

Кстати, если уж горячие юпитеры обнаружены близко к звездам, то и твердые экзопланеты любых масс - тоже не редкость в этих краях (глубоко в пределах снеговой линии). Горячие "земли" вот-вот обнаружат, "нептуны" уже давно...

[Olweg]

Венера теряет водород из-за полной незащищённости её атмосферы от солнечного ветра.
Градиент на Венере и Земле изначально на самом деле мог не сильно отличаться. После потери океана (если он был) углекислота начала быстро насыщать атмосферу Венеру, потому что обратный механизм, связывающий CO2 в карбонатах, перестал действовать.

Кстати, если уж горячие юпитеры обнаружены близко к звездам, то и твердые экзопланеты любых масс - тоже не редкость в этих краях (глубоко в пределах снеговой линии). Горячие "земли" вот-вот обнаружат, "нептуны" уже давно...

Но мы говорим о землеподобной планете, т.е. твёрдой планете с небольшим количеством воды. Вопрос о составе открытых «сверхземель» пока остаётся открытым. Не исключено, что в них много льда из-за снеговой линии.

[Dayan]

Но мы говорим о землеподобной планете, т.е. твёрдой планете с небольшим количеством воды. Вопрос о составе открытых «сверхземель» пока остаётся открытым. Не исключено, что в них много льда из-за снеговой линии.

Все зависит от условий образования планет у звезд. Думаю, что воды в твердом ли, в жидком ли, либо в каком-то еще состоянии много на разных экзопланетах и за снеговой линией, и внутри. Просто основная задача современной астрономии - как раз отыскать эти планеты с благоприятными условиями, а дальше как карты лягут... 

[Olweg]

"Много" - понятие относительное Вообще нормальное содержание воды - во внешних областях системы, на спутниках типа Ганимеда или Титана - порядка 1:1 с твёрдыми породами. На Земле в сравнении с ними колоссальный дефицит воды.

[Dayan]

Да, думаю что на экзопланетах в зоне обитания, т.е. с водой в жидком состоянии, могут быть водные океаны глубиной сотни и тысячи километров. Правда в таком случае жизни тоже придется нелегко!
А насчет понятия "много" - верю что доля таких систем с твердыми экзопланетами (или спутниками планет-гигантов) в зоне обитания относительно велика. Но вот вопрос - жизненная форма материи далеко не так часто распространена, а тем более разумная.

[Пенелопа]

Про давление: вероятнее, что у массивной планеты на орбите зоны обитания, будет более высокое давление не только в силу большей массы атмосферы, но и в силу как раз большей g, ведь давление пропорционально массе, умноженной на g и деленной на единицу площади, над которой эта самая масса атмосферных газов (это из определения давления из физики).

Не все так просто. Ибо g меняется в зависимости от растояния до поверхности.
Венера и Земля хороши тем, что g у них почти одинаково.  Таким образом массивность дает лишь небольшую поправку, а величина давление  определяется  другими факторами. Среди которых крайне важен первоначальный химический состав.

[Dayan]

Не все так просто. Ибо g меняется в зависимости от растояния до поверхности.
Венера и Земля хороши тем, что g у них почти одинаково.  Таким образом массивность дает лишь небольшую поправку, а величина давление  определяется  другими факторами. Среди которых крайне важен первоначальный химический состав.

От величины g масса атмосферы как таковая не зависит, и высота над поверхностью тут не при чем (если думаете иначе, то это уже не мои проблемы). У двух разных по массе и силе g планет может быть одинаковая масса атмосферы и ее хим. состав, но давления то будут разными из-за g, и не важно как оно (g) меняется с высотой!
Только масса планеты дает существенный вклад и в величину g, и следовательно, в величину давления (последнее особенно касается более массивных, чем Земля планет). Насчет химического состава атмосферы и ее эволюции никто не спорит.
А насчет определения давления, то я сообщил так как написано в книге по физике, и более доказывать не собираюсь.

[Sesame]

Про давление: вероятнее, что у массивной планеты на орбите зоны обитания, будет более высокое давление не только в силу большей массы атмосферы, но и в силу как раз большей g, ведь давление пропорционально массе, умноженной на g и деленной на единицу площади, над которой эта самая масса атмосферных газов (это из определения давления из физики).

Не все так просто. Ибо g меняется в зависимости от растояния до поверхности.
Венера и Земля хороши тем, что g у них почти одинаково.  Таким образом массивность дает лишь небольшую поправку, а величина давление  определяется  другими факторами. Среди которых крайне важен первоначальный химический состав.

На Венере воздух в 50 раз плотнее Земного, поэтому и давление разное. Масса атмосферы Венеры примерно в 100 раз превышает массу атмосферы Земли. Так что и состав атмосферы очень важен в определении давления.

[Dayan]

Нет, давление на поверхности планеты не зависит от химического состава атмосферы! Еще раз повторю, что давление зависит от массы атмосферы, площади поверхности планеты и ускорения свободного падения на поверхности!
Вот плотность у поверхности зависит от температуры и химического состава.

[Пенелопа]

От величины g масса атмосферы как таковая не зависит, и высота над поверхностью тут не при чем (если думаете иначе, то это уже не мои проблемы).

Это Вы написали, что давление зависит от массы планеты.    Вот я и пишу как массивность планеты на самом деле влияет.  Не так уж сильно.

У двух разных по массе и силе g планет может быть одинаковая масса атмосферы и ее хим. состав, но давления то будут разными из-за g, и не важно как оно (g) меняется с высотой!

Перечитайте, что Вы написали.

Только масса планеты дает существенный вклад и в величину g, и следовательно, в величину давления (последнее особенно касается более массивных, чем Земля планет).

 На фоне разницы в 100 раз разница в 3 раз  мала. 

А насчет определения давления, то я сообщил так как написано в книге по физике, и более доказывать не собираюсь.

  А надо бы, ибо в таком виде Вы написали не верно.  Давление это сила на площадь. Сила это вес, общий вес это сумма всех весов. А вес каждой молекулы воздуха зависит от g, которое чем выше, тем меньше.   

 А. д. — существенная характеристика состояния атмосферы; в каждой точке атмосферы оно определяется весом вышележащего воздуха. (БСЭ). Весом, а не массой.

Нет, давление на поверхности планеты не зависит от химического состава атмосферы!

  А масса атмосферы от чего по Вашему зависит?    Очевидно, что от состава. А состав зависит от первоначального состава, массы планеты, вулканической деятельности, температуры.

[Dayan]

Пенелопа. Можно личный вопрос: вы физик по образованию?
Все вышесказанное мной корректно.
Кстати, давайте сделаем так: пусть другой человек с высшим физическим образованием посмотрит и рассудит кто прав? Не предвзято.

[Sesame]

Атмосферное давление создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле. Это так.
Атмосферное давление на поверхности Венеры в 92 раза больше чем на Земле - помогите объяснить, почему?

По размерам Венера довольно близка к Земле. Радиус планеты равен 6051,8 км (95 % земного), масса — 4,87×1024кг (81,5 % земной), средняя плотность — 5,24 г/см³. Ускорение свободного падения равно 8,87 м/с², вторая космическая скорость — 10,4 км/с.

[Dayan]

Атмосферное давление на Венере больше в силу того, что масса этой самой атмосферы на ней гораздо больше земной. Заметьте - понятия "масса" и "вес" - разные понятия! Масса - мера инертности тела; вес тела - это величина, с которой тело давит на опору, т.е. это отношение ньютоновской силы притяжения между телом и планетой к величине ускорения свободного падения.