Обитаемая планета вокруг красного карлика?

[Димитър]

Считается, что на планетах, вращающихся вокруг красных карликов, жизнь невозможна: Из-за очень малой светимости звезды, «зона жизни» находится слишком близко к звезде. Приливные силы будут очень большими и остановят вращение планеты. На светлой стороне планеты будет слишком горячо, а на темной – слишком холодно.
Но если у планеты есть достаточно плотная атмосфера, она может сильно уменьшить разницу в температурах. При этом температура на темной стороне не должна быть ниже 0 гр. С. Иначе вся вода планеты замерзнет там, и светлая сторона превратится в пустыню. Допустим, если в центре темной стороны (темный полюс) будет 0 гр. С, а в центре светлой стороны (светлый полюс) будет 60 гр. С, то возле терминатора будет порядка 30 гр. Но не могу вычислить, какая плотность атмосферы нужна, чтобы уменьшить разницу в температурах до нужного значения – не более 60 гр. С. Поможете? И будет ли температура меняться плавно и пропорционально широты, или будет резкий скачок на терминаторе?
И еще: Постоянная температурная разница приведет к возникновению постоянного ветра. Вдоль поверхности он будет направлен с темного полюса к светлому, а на высоте – в обратном направлении. Какая будет сила этого ветра?

Думая дальше, заметил, что если вся вода переместится на темную сторону планеты под видом ледяной шапки, то темное полушарие станет тяжелее и притяжение звезды должно повернуть эго к нее. Темная и светлая сторона поменяют свои места! И все начнется сначала – накопление льда и новый поворот. Из-за сил инерции вращение будет не толчками, а с постоянной скорости. Выходит, что планета с большим количеством воды на поверхности будет все-таки вращаться, хотя и ОЧЕНЬ МЕДЛЕННО. «Солнечные сутки» на такой планете будут равны двумя периодам «перехода» гидросферы со светлого полушария на темном. Есть соображения, как вычислить этот период? «На глаз» кажется, что он должен быть тысячи лет, если не десятки и сотни тысяч. На запад из тьмы будут выходить ледники, и таять на свете. Это даст воду для развития жизни. Пока земля высушится и превратится в пустыню, она передвинется на восток и погрузится снова в тьму. При такой малой скорости вращения жизнь может следовать за солнцем, оставаясь всегда на светлой стороне.

А как на всей этой картины скажется наклон оси планеты к эклиптике? И прецессия оси наверное будет происходить быстрее?

[L_Pt]

При этом температура на темной стороне не должна быть ниже 0 гр. С. Иначе вся вода планеты замерзнет там, и светлая сторона превратится в пустыню.

Не обязательно. Лед при не слишком низких температурах довольно пластичен, где-то на 6 порядков больше чем горные породы. Он растекается под своим весом. Именно поэтому на Земле не бывают ледяные шапки толщиной более 4 км. На гипотетической планете должно быть также, высота несколько варьироваться в зависимости от местного ускорения свободного падения.
Так что если там будет воды не меньше чем на Земле (а как же иначе если мы говорим про плотную атмосферу), то вся вода на темную сторону никогда не переберется. Оттуда будут непрерывно выплывать ледяные языки.

И, соответственно, масса данной шапки будет далеко недостаточно для «переворачивания» планеты.

[Dem]

Угу. А учитывая, что большая часть влаги будет выпадать сразу после попадания в тень (и практически сразу возвращаться в тёплую зону) - то круговорот будет достаточно интенсивный.
Т.е. пояса от "точки зенита":
 - огненная пустыня
 - зона жизни
 - ледяная гора
 - холодная пустыня

Плюс будут сезоны засчёт колебаний планеты из-за эллиптичности орбиты

[Nucleosome]

вообще интересно. мне всегда казалось, что именно ледяные шапки на тёмной стороне являются помехой для жизни у таких планет. А о таком решении не задумывался. Однако есть один момент - ведь больше 4 км в толщину не бывает ледяной купол, а если на другом полушарии лёд продавит весьма обширный котлован? или просто заполнит "до упора" там океаны и будет лежать там (чего на Земле нет нигде) - тогда-то ведь и полушарие не будет тяжелее, и из другого полушария языки вылезать не будут - и будет мертвечина. И ещё - кажется, что на планетах у красных карликов воды должно быть много и она вся в одно полушарие не влезет - потому что они менее интенсивно теряли водород из-за слабого звёздного ветра звезды. Или не так?
а да, и ещё - если у планеты достаточно плотная атмосфера (что увеличивает преломление), а угловой диаметр красного карлика достаточно большой (во всяком случае он обязан быть больше солнечного), то будет ли так вообще полная тень? ведь зона, где виден только кусок карлика будет простираться за половинку планеты довольно далеко...

[L_Pt]

Nucleosome

Однако есть один момент - ведь больше 4 км в толщину не бывает ледяной купол, а если на другом полушарии лёд продавит весьма обширный котлован?

Плотность льда в 2,5 – 3 раза меньше плотности горных пород. Так чтобы на дне котлована было такое же давление (а надо больше, чтобы продавливалось) надо на каждый километр вниз 1,5-2 километра ледяного купола над каким-то средним уровнем.

ещё - кажется, что на планетах у красных карликов воды должно быть много и она вся в одно полушарие не влезет - потому что они менее интенсивно теряли водород из-за слабого звёздного ветра звезды.

Не совсем понятно причем тут звездный ветер (кстати, у красных карликов он гораздо сильнее солнечного), ведь на планетах земной группы воды мало не потому что ее выдуло, а потому что из-за высокой температуры она не конденсировалась, оставалась в виде газа.
Но внутренние планеты системы с красным карликом будут гораздо менее подвержены фотолизу, и температура верхних слоев атмосферы должны быть пониже из-за меньшей доли ультрафиолета  в спектре. Что, наверное, сильно уменьшит скорость диссипации атмосферы. Только вспышки все сильно усложняют.

[Nucleosome]

надо на каждый километр вниз 1,5-2 километра ледяного купола над каким-то средним уровнем.

ну и какие проблемы? где-то читал, что Балтийское море именно продавленное. а если будет какая естественная трещина, то пошло-поехало.

ведь на планетах земной группы воды мало не потому что ее выдуло, а потому что из-за высокой температуры она не конденсировалась, оставалась в виде газа.

то есть как это осталась в виде газа? и где весь этот газ? в атмосфере-то находится ничтожнейшая часть всей гидросферы Земли. А солнечный ветер уносит не воду, а водород, и почему он у красного карлика сильнее солнечного?

[ivanij]

Из-за очень малой светимости звезды, «зона жизни» находится слишком близко к звезде. Приливные силы будут очень большими и остановят вращение планеты

 Но ведь и масса красного карлика относительно невелика. Хватит ли сил тяготения такой звезды, чтобы затормозить вращение спутника? Тем более, что и масса самого спутника может быть не очень большой.

[L_Pt]

Nucleosome

ну и какие проблемы? где-то читал, что Балтийское море именно продавленное.

Ну вот, чуток продавило вниз, а основная масса лежала сверху и сползала аж до среднего течения Днепра.

то есть как это осталась в виде газа?  и где весь этот газ? в атмосфере-то находится ничтожнейшая часть всей гидросферы Земли. А солнечный ветер уносит не воду, а водород,

Я сначала подумал что вы говорите про образование планетоземалей. А вынос воды из уже образовавшейся планеты это немного другое. И там нужен не звездный ветер, а жесткое излучение для фотолиза.

и почему он у красного карлика сильнее солнечного?

Взято из книг Гершберга.
Почему? Эти звезды полностью конвективные до самого центра, видимо создаются более мощные магнитные поля и мы наблюдаем вспышки гораздо сильнее солнечных. Что особенно эффектно на фоне относительно слабой общей светимости.


ivanij

Но ведь и масса красного карлика относительно невелика. Хватит ли сил тяготения такой звезды, чтобы затормозить вращение спутника? Тем более, что и масса самого спутника может быть не очень большой.

Светимость и, соответственно, расстояние до «зоны жизни», уменьшаются гораздо быстрее массы.

[ivanij]

Светимость и, соответственно, расстояние до «зоны жизни», уменьшаются гораздо быстрее массы.

- наверное.
 Но... есть ли расчёт?

[L_Pt]

Например, звезда класса М0 имея массу 0,47 солнечных светит только 0,075 от солнечной светимости.

[Kweni]

Но не могу вычислить, какая плотность атмосферы нужна, чтобы уменьшить разницу в температурах

Можно взять за образец атмосферу Венеры. Посмотреть, на какой высоте при каком давлении выравниваются температуры на дневной и ночной стороне.

Какая будет сила этого ветра?

Тоже можно предварительно считать, что такая же, как в облачном слое Венеры.

Думая дальше, заметил, что если вся вода переместится на темную сторону планеты под видом ледяной шапки, то темное полушарие станет тяжелее и притяжение звезды должно повернуть эго к нее.

Крупные планеты изостатически уравновешены. Намерзание льда приведёт к погружению коры планеты вместе со льдом и никакое полушарие тяжелее не станет. Это возможно лишь на мелких телах вроде Марса или Луны. Но им плотную атмосферу и воду вблизи красного карлика сохранить трудно.

Но если у планеты есть достаточно плотная атмосфера, она может сильно уменьшить разницу в температурах.

Важен и состав атмосферы. Атмосферы с большим количеством парниковых газов вроде венерианской способны сильно уменьшать потери тепла на теневой стороне. Это будет способствовать выравниванию температур.

на планетах у красных карликов воды должно быть много и она вся в одно полушарие не влезет

На планетах может быть самое разное количество воды, от полного отсутствия до сплошного глубокого океана. Так получалось при компьютерных симуляциях образования планет.

[Nucleosome]

Эти звезды полностью конвективные до самого центра, видимо создаются более мощные магнитные поля и мы наблюдаем вспышки гораздо сильнее солнечных. Что особенно эффектно на фоне относительно слабой общей светимости.

а! понятно, более-менее. вообще вспышки должны создавать проблемы не только воде, но и жизни могут, правда жизнь к этому может приспособится... но тогда проблема возникновения... слышал, что вроде Проксима-Центавра именно вспыхивающая.

[L_Pt]

Nucleosome

слышал, что вроде Проксима-Центавра именно вспыхивающая.

Да почти все красные карлики вспыхивают. Особенно молодые, с высокой металличностью.

[Алексис]

Есть ли жизнь возле вспыхивающих красных карликов? Очень существенный вопрос.  Из 33 ближайших к Солнцу звёзд по крайней мере 13 являются переменными такого типа.

Навскидку просматривается три варианта.
1. Пусть звезда вспыхивающая. Но если есть океан, плотная атмосфера и магнитное поле, то кажется ничто не помешает развиться жизни, по крайне мере в океане. Про подземную жизнь рассуждать не так интересно, поскольку все равно нужен океан для возникновения жизни.
С другой стороны есть широкие адаптационные возможности жизненных форм. И повышенное рентгеновское излучение во время вспышек существам, развившимся на той планете, может быть не таким уж вредным.
Если планета вращается, то адаптация может состоять в том, что на освещенной стороне живые формы впадают в спячку, когда жизнедеятельность замедленна и вспышки не столь опасны, а активны они только на ночной стороне. Ночная жизнь достаточно распространена на Земле. Фотосинтез у красной звезды все равно не слишком эффективен и растения должны питаться как-то иначе.
Поэтому жизнь возможна если: а) существа полностью адаптировалась к вспышкам; б) жизнь в океане; в) очень плотная атмосфера и частичная адаптация; г) активны на обратной стороне.

2. Замерзшая на одной стороне планета. Если планета повернута одной стороной, то при плотной атмосфере всяко будет интенсивная циркуляция воздуха (как на Венере, которая вращается очень медленно). В данном случае на холодной стороне давление ниже на освещенной выше и возникнет постоянный воздушный вихрь. Теплый воздух, проникая на замороженную сторону, будет испарить лед и уносить от туда часть воды. На теплой стороне эта влага может питать некие жизненные формы. Богатая жизнь есть только на дневной стороне.

3. Планета повернута одной стороной. Находиться близко и нагрета пусть приливными эффектами. На обратной стороне под льдом есть океан (как на Европе) и там есть жизнь.

Варианты есть. Нужны наблюдения, подтверждающие наличие таких планет.

[Nucleosome]

Есть ли жизнь возле вспыхивающих красных карликов? Очень существенный вопрос.  Из 33 ближайших к Солнцу звёзд по крайней мере 13 являются переменными такого типа.

ну что же - это хорошо - а то я было подумал, что раз красный карлик то почти наверняка вспыхивающий, а так простора много - красных карликов-то больше всего в сравнении с прочими типами звёзд.

а активны они только на ночной стороне. Ночная жизнь достаточно распространена на Земле. Фотосинтез у красной звезды все равно не слишком эффективен и растения должны питаться как-то иначе.

ничего из этого не получится - никакой иной источник энергии не может даже близко сравнится в тем, что может дать свет звезды, так что фотосинтез им придётся переделывать под красный свет, что не представляет ничего особенного - земные растения тоже имеют один из пиков фотосинтеза на длинноволновом конце спектра. Так что быть им активными на дневной стороне по любому, иначе это не биосфера, а жалкое её подобие - сообщество хемосинтетиков вокруг вулканов и горячих источников. Такая ситуация (хотя на деле лишь похожая, поскольку организмы там всё равно потребляют кислород, созданный фотосинтезом) реализована вокруг гидротерм на дне океана, но только суммарное кол-во организмов оттуда в сравнении со всей биосферой ничтожно.
вообще, видимо планета в тёплой зоне красного карлика будет вращаться только в первое время своего образования, то есть когда жизни или не будет вовсе или будет очень бедной (если она конечно не будет туда занесена), хотя не знаю, хорошо бы посчитать, а я не умею...

3. Планета повернута одной стороной. Находиться близко и нагрета пусть приливными эффектами. На обратной стороне под льдом есть океан (как на Европе) и там есть жизнь.

а тут о каких приливных силах речь, если она повёрнута одной стороной? подлёдный океан - штука очень бедная и малоинтересная, поскольку условия там уж очень стабильны. Ну если у планеты нет какой-то совершенно чудовищной тектонической активности...

[L_Pt]

Да, спектр красного карлика для фотосинтеза у земных растений даже более эффективен, чем солнечный.
Хлорофилл поглощает свет в красной и  синей части спектра, причем в красной с большим кпд.

А рентгеновское излучение… атмосфера типа земной с легкостью поглотит весь рентген еще на большой высоте.

[Алексис]

а активны они только на ночной стороне. Ночная жизнь достаточно распространена на Земле. Фотосинтез у красной звезды все равно не слишком эффективен и растения должны питаться как-то иначе.

ничего из этого не получится - никакой иной источник энергии не может даже близко сравнится в тем, что может дать свет звезды, так что фотосинтез им придётся переделывать под красный свет, что не представляет ничего особенного - земные растения тоже имеют один из пиков фотосинтеза на длинноволновом конце спектра.

Я обсуждаю возможность жизни вообще. Источник энергии для живых организмов может быть чисто химический, как на дне океана. Если не ошибись, то фотосинтез использует всего 0.1% энергии солнца.

3. Планета повернута одной стороной. Находиться близко и нагрета пусть приливными эффектами. На обратной стороне под льдом есть океан (как на Европе) и там есть жизнь.

а тут о каких приливных силах речь, если она повёрнута одной стороной?

Тут аналогия с Европой.
Приливные силы возникают, когда тело движется в неоднородном поле. Причин несколько. И разная сила притяжения ближней и дальней половины планеты, и вращение планеты и звезды вокруг общего центра масс и т.п. А здесь звезда относительно большая по размеру, но легкая по массе, а планета может быть крупной, и орбита близка к звезде и скорость движения по орбите большая. В общем внутренности планеты должны раскачиваться, а значит нагреваться.

[L_Pt]

Nucleosome

Алексис
Есть ли жизнь возле вспыхивающих красных карликов? Очень существенный вопрос.  Из 33 ближайших к Солнцу звёзд по крайней мере 13 являются переменными такого типа.

ну что же - это хорошо - а то я было подумал, что раз красный карлик то почти наверняка вспыхивающий, а так простора много - красных карликов-то больше всего в сравнении с прочими типами звёзд.

Только надо учитывать что из тех 33 только 21 являются красными карликами.

[Nucleosome]

Если не ошибись, то фотосинтез использует всего 0.1% энергии солнца.

1%, максимум 6.5%, так мало, не потому, что больше не получается, а потому что не надо - нужны ведь и минералы, которые и являются лимитирующим фактором обычно.

В общем внутренности планеты должны раскачиваться, а значит нагреваться.

ну стало быть на теневой стороне хоть кто-то будет - гидротермы посреди льдов

Только надо учитывать что из тех 33 только 21 являются красными карликами.

ну половина тоже не плохо

[Kweni]

ну что же - это хорошо - а то я было подумал, что раз красный карлик то почти наверняка вспыхивающий, а так простора много - красных карликов-то больше всего в сравнении с прочими типами звёзд.

Нету простора. Вспышки связаны с возрастом. Красные карлики вспыхивают в первые 3-8 миллиардов лет своего существования. Карлики без вспышек - это сплошь старые звёзды, вроде звезд Барнарда и Каптейна возрастом свыше 11 миллиардов лет.

1%, максимум 6.5%, так мало, не потому, что больше не получается, а потому что не надо - нужны ведь и минералы, которые и являются лимитирующим фактором обычно.

Разве? Минералы только в тундре и в океане вроде лимитирующим фактором являются. А в обычном лесу свет, прошедший сквозь много слоёв листьев деревьев, поглощают дальше ещё кустарники, травы и мхи. Это не называется «не надо». Это называется «дайте ещё хоть капельку света, мы готовы съесть всё».