Планеты с синхронным вращением в системах красных карликов

[Ремвер]

Гипотетическая планета в пригодной для жизни зоне с орбитой на расстоянии 0.08 астрономические единицы от Лаланд 21185 имела бы следующие характеристики: Из-за приливных сил на одной стороне планеты царит вечный "день", а на другой вечная "ночь". С орбитальной скоростью в 55,5 км/с, планета совершит один оборот по орбите (год на этой планете) в течение 17 дней 5 часов. Вопрос такой - возможно ли существование на планете атмосферы и гидросферы? Если да, то при какой массе планеты? Интересно, если бы Земля оказалась на подобной орбите у красного карлика, какова была бы на ней атмосферная циркуляция и климатические зоны? К-примеру, красный карлик стоит в зените над Гвинейским заливом (0 с.ш. и 0 в.д.), соответственно, Тихий океан в вечной тени...

[Алекс636363]

Гипотетическая планета в пригодной для жизни зоне с орбитой на расстоянии 0.08 астрономические единицы от Лаланд 21185 имела бы следующие характеристики: Из-за приливных сил на одной стороне планеты царит вечный "день", а на другой вечная "ночь". С орбитальной скоростью в 55,5 км/с, планета совершит один оборот по орбите (год на этой планете) в течение 17 дней 5 часов. Вопрос такой - возможно ли существование на планете атмосферы и гидросферы? Если да, то при какой массе планеты? Интересно, если бы Земля оказалась на подобной орбите у красного карлика, какова была бы на ней атмосферная циркуляция и климатические зоны? К-примеру, красный карлик стоит в зените над Гвинейским заливом (0 с.ш. и 0 в.д.), соответственно, Тихий океан в вечной тени...

Это Вы пытаетесь реанимировать мой вопрос? Я на него однозначного ответа так и не получил. Хотя хотелось бы порассуждать на эту тему. Но 100 %, что она будет присоединена.
 Если орбита планеты близка к круговой, продолжительность года совершенно не важна, она в прямом смысле слова не делает погоды. Я предполагаю, что образовалась бы суперячейка с мощными восходящими потоками в подсолнечной точке и сильными низовыми ветрами, дующими с холодного полушария, в зоне вблизи терминатора. Существование атмосферы и гидросферы в частности сильно зависит от массы этой самой атмосферы, которая должна быть скоррелирована с массой планеты. Хотя возможно разное, например, сильные частые импакты могут возродить диссипировавшую атмосферу или пробудить вулканизм и на небольшой планете. Если брать копию Земли, то я думаю, что многослойные облака над Гвинейским заливом позволят сохранить температуру воздуха над ним в пределах 100-140 гр. Ц. Уже в районе Москвы температура будет колебаться в пределах 40-60 гр. Ц. На удалении 80 градусов от подсолнечной точки будет расположена кольцеобразная Райская зона с комфортными температурами. Но ветерок будет нехилым со стороны ночи.
 Дальше вся ночная и сумеречная зоны будут покрыты ледниками и практически безоблачны. Они (ледники) будут медленно сползать на дневную сторону  и таять. Приведет ли в итоге это к коллапсу атмосферы? Где-то должна быть нижняя пороговая масса атмосферы с последующим коллапсом. При более плотной атмосфере интенсивный тепловой перенос может сглаживать температурные контрасты. Значения я сказать не могу, так как нет у меня достаточных знаний по матчасти. Прошло после вуза 25 лет, все забыл, т.к. не имел дела больше с этим. Надо знать коэффициенты теплопроводности атмосферы, параметры конвективного обмена в атмосфере и многое другое. Но Приморский край в случае Земли-2 точно будет погружен в стужу, так что ориентируйтесь на образ жизни якутов .

[Ремвер]

Вообще-то, я второй день на астрофоруме, а экзопланетами интересуюсь давно, (со времени учёбы на геофизическом факультете), отсюда и мой вопрос. Просто красных карликов очень много, видимо и планет, всегда обращённых одним полушарием к звезде - тоже. На счёт образования глобальной конвективной ячейки, могут быть варианты. Не силён в метеорологии, но могу предположить образование двух ячеек, а возможно и больше. Воздушные массы, поднимаясь и растекаясь к терминатору, могут не достигая его, охладиться и образовать область нисходящих потоков. По аналогии с аридными зонами Земли в 30-х широтах. В любом случае, чем больше будет удаление от подсолнечной точки, тем меньше будет тепловая и кинетическая энергия атмосферы, меньше будет интенсивность перемешивания атмосферы. Но вот наличие гидросферы может всё усложнить. Особенно, если предположить примерно одинаковую площадь суши и воды. Кстати, интересно, будет ли наблюдаться циклонический (или антициклонический) характер движения воздушных масс?

[Borislаv]

Думается, что точного ответа на этот вопрос нету. Да конечно есть теоретические модели, но когда начнутся реальные наблюдения таких экзопланет, в том числе с составлением температурных карт то окажется, что степень перемешивания у практически одинаковых планет окажется совсем разной.

По крайней мере на данный момент температурные карты составлены лишь для одного класса экзопланет - горячих юпитеров. Не смотря на то что эти планеты очень сильно похожи на друг друга ИК-измерения показали, что степень перемешивания атмосферы у них значительно отличается друг от друга (есть планеты с горячими пятнами на солнечной стороне, как Ипсилон Андромеды b, а есть равномерно горячие, вроде 51 Пегаса).

[Алекс636363]

Вообще-то, я второй день на астрофоруме, а экзопланетами интересуюсь давно, (со времени учёбы на геофизическом факультете), отсюда и мой вопрос. Просто красных карликов очень много, видимо и планет, всегда обращённых одним полушарием к звезде - тоже. На счёт образования глобальной конвективной ячейки, могут быть варианты. Не силён в метеорологии, но могу предположить образование двух ячеек, а возможно и больше. Воздушные массы, поднимаясь и растекаясь к терминатору, могут не достигая его, охладиться и образовать область нисходящих потоков. По аналогии с аридными зонами Земли в 30-х широтах. В любом случае, чем больше будет удаление от подсолнечной точки, тем меньше будет тепловая и кинетическая энергия атмосферы, меньше будет интенсивность перемешивания атмосферы. Но вот наличие гидросферы может всё усложнить. Особенно, если предположить примерно одинаковую площадь суши и воды. Кстати, интересно, будет ли наблюдаться циклонический (или антициклонический) характер движения воздушных масс?

Интуитивно мне кажется (креститься не буду - атеист), что подобная картина могла бы иметь место в случае, если бы орбитальный период был равен нескольким дням.Тогда суперячейка могла бы разрушиться.
Кстати, в своем вопросе я тоже предлагал в качестве подсолнечной точки нули широты и долготы (само напрашивается).
 По экзопланетам есть хороший сайт у Вики Воробьевой.
http://www.allplanets.ru/index.htm

[CTPAHHNK]

...Если брать копию Земли, то я думаю, что многослойные облака над Гвинейским заливом позволят сохранить температуру воздуха над ним в пределах 100-140 гр. Ц. Уже в районе Москвы температура будет колебаться в пределах 40-60 гр. Ц. На удалении 80 градусов от подсолнечной точки будет расположена кольцеобразная Райская зона с комфортными температурами. Но ветерок будет нехилым со стороны ночи...

Наверное, все-таки, копия земли повернута к звезде была бы скорее Гималаями там вроде маскон основной? (или Антарктидой )

З.Ы. ИМХО- больно не бейте!

[Алекс636363]

...Если брать копию Земли, то я думаю, что многослойные облака над Гвинейским заливом позволят сохранить температуру воздуха над ним в пределах 100-140 гр. Ц. Уже в районе Москвы температура будет колебаться в пределах 40-60 гр. Ц. На удалении 80 градусов от подсолнечной точки будет расположена кольцеобразная Райская зона с комфортными температурами. Но ветерок будет нехилым со стороны ночи...

Наверное, все-таки, копия земли повернута к звезде была бы скорее Гималаями там вроде маскон основной? (или Антарктидой )

З.Ы. ИМХО- больно не бейте!

Антарктидой - вряд ли. Раз уж Земля сплющена, то скорее Гималаями - если вот так взять ее и переставить. Хотя неизвестно, что под ними. Тогда уж надо прощупывать все распределение массы внутри Земли.
Если так, то надо предположить, что любая земноподобная планета в подсолнечной точке будет иметь сушу (если там не глобальный океан). Тогда там точно будет сковородка с соответствующим выделением СО₂. А он вроде бы тяжелый и должен течь по поверхности к ночной стороне, до самых океанов, где будет растворяться. В общем, интересная будет планета для местных! И что примечательно, обитаемая зона (подходящее расстояние от звезды) здесь значительно расширяется. Пояс комфортности на планете просто будет смещаться по удаленности от подсолнечной точки туда-обратно. У планеты в некотором смысле будет четыре полюса: северный, южный, западный (центр ночного полушария) и восточный (подсолнечная точка).
 В следующий раз хочу родиться там. Это заказ высшим силам . Правда, вот сейчас спохватился, что звезд видно не будет, но заказ уже ушел...

[Fredagar]

...земноподобная планета в подсолнечной точке будет иметь сушу...

Это вряд ли. Континентальная кора оттого и плавает выше океанической, что у ней плотность ниже. Скорее, при значительной величине приливной силы, в подсолнечной точке будет что-то вроде вечного рифтого разлома, а континентальная кора будет собираться на ночной стороне.

[Dayan]

Вопрос вроде не сложный, но с если копнуть чуток... будут спорить о возможности жизни на таких планетах...
Затрону другую сторону вопроса: возможна ли жизнь на планете около красных карликов с точки зрения химической эволюции? В теме "Открытия экзопланет" уже говорили о том, что в таких системах недостаточно ультрафиолета для образования определённых органических соединений - базы для развития жизни на основе углерода - это было доказано при помощи инфр. телескопа Спитцера. Этот факт не очень радует, т.к. красные карлики - самый распространённый тип звёзд, но с другой стороны - такая честь, как жизнь, выпадает звёздам золотой середины - не очень маленьким, но и не очень массивным - оранжевым и жёлтым карликам! (Истинно, золотые звезды! )

[Borislаv]

Вот кстати единственная на сегодняшний день попытка (к сожалению неудачная) обнаружить атмосферу у суперземли, приливно запертой у красного карлика.

http://arxiv.org/abs/0910.1505

On the Method to Infer an Atmosphere on a Tidally-Locked Super Earth Exoplanet and Upper limits to GJ 876d
Authors: S. Seager (1), D. Deming (2) ((1) Mit, (2) NASA/GSFC)
(Submitted on 8 Oct 2009)
Abstract: We develop a method to infer or rule out the presence of an atmosphere on a tidally-locked hot super Earth. The question of atmosphere retention is a fundamental one, especially for planets orbiting M stars due to the star's long-duration active phase and corresponding potential for stellar-induced planetary atmospheric escape and erosion. Tidally-locked planets with no atmosphere are expected to show a Lambertian-like thermal phase curve, causing the combined light of the planet-star system to vary with planet orbital phase.
We report Spitzer 8 micron IRAC observations of GJ 876 taken over 32 continuous hours and reaching a relative photometric precision of 3.9e-04 per point for 25.6 s time sampling. This translates to a 3 sigma limit of 5.13e-05 on a planet thermal phase curve amplitude. Despite the almost photon-noise limited data, we are unable to conclusively infer the presence of an atmosphere or rule one out on the non-transiting short-period super Earth GJ 876d. The limiting factor in our observations was the miniscule, monotonic photometric variation of the slightly active host M star, because the partial sine wave due to the planet has a component in common with the stellar linear trend. The proposed method is nevertheless very promising for transiting hot super Earths with the James Webb Space Telescope and is critical for establishing observational constraints for atmospheric escape.

Как следует из абстракта, авторы предполагают, что изучение атмосфер и составление температурных карт таких планет станет возможным с помощью будущего телескопа уже через несколько лет.

[Dayan]

Вот кстати единственная на сегодняшний день попытка (к сожалению неудачная) обнаружить атмосферу у суперземли, приливно запертой у красного карлика.
Как следует из абстракта, авторы предполагают, что изучение атмосфер и составление температурных карт таких планет станет возможным с помощью будущего телескопа уже через несколько лет.

Борислав, неужель JWST будет обладать такой мощью, что способен будет "разглядеть" даже суперземли? Есть какие-нибудь данные и/или соображения по этому вопросу?

Мне кажется, у приливно-запертых земель (это не касается суперземель) атмосферы неизбежно выпадут на ночной стороне - даже если очень сильные ветра будут выравнивать температуру и давление, всё равно "трение" (например, задержка горными массивами) приведёт к ослаблению силы ветров и потере энергии, и в конечном счёте - к конденсации в вечную мерзлоту. Этот процесс подобен свободному маятнику - однажды заведённый, через некоторое время остановится.
А вот наличие у такой планеты близкого и достаточно массивного спутника может в корне изменить всю ситуацию - планета может быть приливно заперта с ним, а не со звездой. Хотя, тут всё зависит от соотношения масс спутника, планеты и звезды и их взаимных сил влияния.

[Borislаv]

Вот кстати единственная на сегодняшний день попытка (к сожалению неудачная) обнаружить атмосферу у суперземли, приливно запертой у красного карлика.
Как следует из абстракта, авторы предполагают, что изучение атмосфер и составление температурных карт таких планет станет возможным с помощью будущего телескопа уже через несколько лет.

Борислав, неужель JWST будет обладать такой мощью, что способен будет "разглядеть" даже суперземли? Есть какие-нибудь данные и/или соображения по этому вопросу?

Ну об этом уже пару лет говорят. Я лично об этом услышал впервые из этой статьи.

http://arxiv.org/abs/0706.1047

A GO-3 program (Deming & Seager) is currently analyzing Spitzer data for GJ 876 system, where the non-transiting 7.5-Earth mass inner terrestrial planet (Rivera et al. 2005) is within Spitzer's detection limit at 8 mm.
Since Spitzer can in principle detect hot Earths, it is not surprising that "warm Earths" (300 K) are within the grasp of JWST. The 6.5-m cold aperture, and its thermally benign environment at L2, are reasons to anticipate success. We have calculated the S/N for occultation spectroscopy of a 290K terrestrial planet orbiting an M-dwarf, assuming that the planet emits as a blackbody in equilibrium with stellar radiation (Fig. 3). The calculation assumes parameters reasonable for JWST/MIRI spectroscopy. We include stellar and solar system zodiacal photon noise. Since the light from the host star will be dispersed, saturation will not occur in MIRI's minimum exposure time (3 s), and read noise will be dominated by the photon noise. We find that the S/N for spectra of the planet, at a resolving power of 100, exceed 10 for wavelengths greater than 10 mm, in a 200-hour observing program (equally divided between in-eclipse and out-of-eclipse).
JWST photometry of warm Earth-like planets orbiting M-dwarfs will achieve much higher S/N, capable of measuring the day-night temperature difference, just as Spitzer has done for close-in giant planets. A traditional concern about the habitability of planets in the habitable zone of Mdwarfs is a large temperature difference caused by tidal-locking of their rotation. Tarter et al. (2007) have argued that this is not fatal for life, in part because atmospheric circulation efficiently re-distributes heat. JWST photometry could determine the degree of heat redistribution for these planets, just as Spitzer has done for hot Jupiters. Moreover, the mere detection of a small day-night temperature difference would be compelling evidence for the existence of an atmosphere, even before spectroscopy was attempted.

Т.е. даже расчитывают получить спектр "теплой" землеподобной планеты у красного карлика за 200-часовую экспозицию Вебба.

С другой стороны ведь есть же еще Гершель. 3.5-метровый космический телескоп, который по чувствительности в ИК диапозоне находится между Спитцером и Веббом. Т.е. возможно он бы смог определить фазовую кривую для Глизе 876 d и соотвественно внести определенность в наличие атмосферы и ее температурную карту. Но к сожалению пока что-то в программе наблюдений Гершеля ничего насчет наблюдений экзопланет не говорится.
http://herschel.esac.esa.int/Key_Programmes.shtml

Из программ более-менее близких к внесолнечной планетологии есть только наблюдения протопланетных дисков

KPOT_bdent_1
"Gas in Protoplanetary Systems (GASPS)"
(PI: Bill Dent, 400.0 hours allocated)

KPOT_bmatthew_1
"DEBRIS: Disc Emission via a Bias-free Reconnaissance in the Infrared/Sub-millimetre"
(PI: Brenda Matthews, 140.0 hours allocated)

KPOT_ceiroa_1
"Cold Disks around Nearby Stars. A Search for Edgeworth-Kuiper Belt analogues (DUNES: DUst disks around NEarby Stars)"
(PI: Carlos Eiroa, 140.0 hours allocated)

Странно это конечно, на Спитцере кучу времени потратили на наблюдения транзитных планет. Может потом планируют - под конец двухлетней миссии Гершеля.  

[CTPAHHNK]

....
Антарктидой - вряд ли. Раз уж Земля сплющена, то скорее Гималаями - если вот так взять ее и переставить. Хотя неизвестно, что под ними. Тогда уж надо прощупывать все распределение массы внутри Земли.
...

Похоже, Вы правы, нет ясности в этом вопросе... Сейчас, вроде, все сходятся на том, что за геологические времена поверхность "перетекла" так, что геоид стал симметричным...

...
Мне кажется, у приливно-запертых земель (это не касается суперземель) атмосферы неизбежно выпадут на ночной стороне - даже если очень сильные ветра будут выравнивать температуру и давление, всё равно "трение" (например, задержка горными массивами) приведёт к ослаблению силы ветров и потере энергии, и в конечном счёте - к конденсации в вечную мерзлоту. Этот процесс подобен свободному маятнику - однажды заведённый, через некоторое время остановится.
А вот наличие у такой планеты близкого и достаточно массивного спутника может в корне изменить всю ситуацию - планета может быть приливно заперта с ним, а не со звездой. Хотя, тут всё зависит от соотношения масс спутника, планеты и звезды и их взаимных сил влияния.

Тут опять-же надо считать, подогрев атмосферы энергетически превышает потери на трение и излучение или нет и учитывать, что эти самые нехилые ветра будут спиливать горные массивы им мешающие, да и водные потоки помогать будут сильно.

[Ремвер]

Если атмосфера будет очень плотной, то разница между освещённым и теневым полушариями будет незначительной из-за огромной тепловой инерции и парникового эффекта (типа как на Венере). Возможно, как раз на теневой стороне будет "райская зона". В центре "Тихого океана", правда, будет медленно вращающееся поле паковых льдов размером с Северный ледовитый океан, а на побережья будет дуть сильный пассат и обрушиваться громадные волны. Ну а "Африка", конечно, будет выжженной пустыней, с периодически обрушивающимися на побережье ливнями кипятка с "Атлантики".

[Dayan]

Тут опять-же надо считать, подогрев атмосферы энергетически превышает потери на трение и излучение или нет и учитывать, что эти самые нехилые ветра будут спиливать горные массивы им мешающие, да и водные потоки помогать будут сильно.

Мощная геологическая активность на приливно запертой планете будет приводить к непрерывному росту горных цепей и постоянной активности вулканов из-за близости к звезде - красному карлику, приливные силы от которой будут велики несмотря на её небольшую по звёздным меркам массу. Никакие ветра и ливни с этим не справятся. Потери на трение  будут предельно велики, плюс потери на излучение в виде ИК излучения в космос. Первоначальная атмосфера тоже будет подвергаться приливным эффектам, что, возможно, будет подпитывать энергией атмосферу. Но, имхо, это всё неизбежно приведёт к "потере" этой самой атмосферы.

[Алекс636363]

Вопрос вроде не сложный, но с если копнуть чуток... будут спорить о возможности жизни на таких планетах...
Затрону другую сторону вопроса: возможна ли жизнь на планете около красных карликов с точки зрения химической эволюции? В теме "Открытия экзопланет" уже говорили о том, что в таких системах недостаточно ультрафиолета для образования определённых органических соединений - базы для развития жизни на основе углерода - это было доказано при помощи инфр. телескопа Спитцера.

Там 143 страницы, не подскажете, на какой именно? Я думаю, что мы исходим из того, что любая жизнь должна быть земноподобна. Для планет красных карликов могут реализоваться другие варианты.
 Можно поподробнее про доказательства через Спитцер? Может, "пока еще" - гипотезы, а не "уже" - доказательства?

[Dayan]

Там 143 страницы, не подскажете, на какой именно? Я думаю, что мы исходим из того, что любая жизнь должна быть земноподобна. Для планет красных карликов могут реализоваться другие варианты.
 Можно поподробнее про доказательства через Спитцер? Может, "пока еще" - гипотезы, а не "уже" - доказательства?

В той теме не помню, на какой странице. Но, специально для Вас вот ссылки: https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,38096.msg926341.html#msg926341 (ответ №37), http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2009-064, http://www.spitzer.caltech.edu/Media/releases/ssc2009-09/release.shtml.
Там именно про доказательства для химической основы земноподобной жизни, а не гипотезы. Это может нравится или не нравится, но природа не спрашивает.
А насчёт жизни, не такой как на Земле, тут ничего сказать не могу - пока нет ещё никаких свидетельств.

[Алекс636363]

Там 143 страницы, не подскажете, на какой именно? Я думаю, что мы исходим из того, что любая жизнь должна быть земноподобна. Для планет красных карликов могут реализоваться другие варианты.
 Можно поподробнее про доказательства через Спитцер? Может, "пока еще" - гипотезы, а не "уже" - доказательства?

В той теме не помню, на какой странице. Но, специально для Вас вот ссылки: https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,38096.msg926341.html#msg926341 (ответ №37), http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2009-064, http://www.spitzer.caltech.edu/Media/releases/ssc2009-09/release.shtml.
Там именно про доказательства для химической основы земноподобной жизни, а не гипотезы. Это может нравится или не нравится, но природа не спрашивает.
А насчёт жизни, не такой как на Земле, тут ничего сказать не могу - пока нет ещё никаких свидетельств.

Спасибо. Правда, не все открылось, но суть ясна.