Обитаемая планета вокруг красного карлика?

[AlexAV]

Появилась работа, где разбирается захват воды на ночной стороне приливно-захваченной планеты (http://arxiv.org/pdf/1411.0540v1.pdf).

Ледники на ночной стороне всё же формируются, однако проблема захвата там всей воды планеты может иметь место только на планете с очень малым количеством воды по сравнению с землёй и низкой геологической активностью, для достаточно богатой водой планеты подобной Земле (и уж тем более суперземле, где геологическая активность должна быть существенно выше) - такой проблемы нет. Скажем если на место такой приливно-захваченной планеты поместить Землю, то количество воды, захваченное на ночной стороне, не превысит 18% от общего.

Таким образом можно считать, что полностью снимается последнее возражение относительно жизнепригодности приливно-захваченных планет. Для достаточно большой и богатой водой планеты (как земля и более) полный захват воды в ледниках на ночной стороне - невозможен.

[Dem]

А реально, что будет если планета в несколько единиц или десятков масс земли будет состоять только из воды (70-90%?   Ничто не мешает таковой быть ))) Для гравитации все равны)))

Океан в несколько сот км глубиной и ледяное ядро. Где-то начиная с давления 25000 атм.  вода твёрдая.

[Golossvyshe]

А реально, что будет если планета в несколько единиц или десятков масс земли будет состоять только из воды (70-90%?   Ничто не мешает таковой быть ))) Для гравитации все равны)))

Океан в несколько сот км глубиной и ледяное ядро. Где-то начиная с давления 25000 атм.  вода твёрдая.

Копался в папке "всячина" и обнаружил любопытную вырезку.

Копирую сюда

 Фазы льда


Аморфный лёд

Аморфный лёд не обладает кристаллической структурой. Он существует в трех формах: аморфный лёд низкой плотности (LDA), образующийся при атмосферном давлении и ниже, аморфный лёд высокой плотности (HDA) и аморфный лёд очень высокой плотности (VHDA), образующийся при высоких давлениях. Лёд LDA получают очень быстрым охлаждением жидкой воды («сверхохлажденная стекловидная вода» , HGW), или конденсацией водяного пара на очень холодной подложке («аморфная твёрдая вода» , ASW), или путем нагрева высокоплотностных форм льда при нормальном давлении («LDA»).

Лёд Ih

Обычный гексагональный кристаллический лёд. Практически весь лёд на Земле относится ко льду Ih, и только очень малая часть — ко льду Ic.

Лёд Ic

Метастабильный кубический кристаллический лёд. Атомы кислорода расположены как в кристаллической решётке алмаза. Его получают при температуре в диапазоне 130—150 K, он остается устойчивым до 200 K, а при дальнейшем нагреве переходит в лёд Ih. Он изредка встречается в верхних слоях атмосферы.


Лёд II

 Тригональный кристаллический лёд с высокоупорядоченной структурой. Образуется изо льда Ih при сжатии и температурах 190—210 K. При нагреве он преобразуется в лёд III.

Лёд III

Тетрагональный кристаллический лёд, который возникает при охлаждении воды до 250 K и давлении 300 МПа. Его плотность больше, чем у воды, но он наименее плотный из всех разновидностей льда в зоне высоких давлений.

Лёд IV

Метастабильный тригональный лёд. Его трудно получить без нуклеирующей затравки.
 
Лёд V

Моноклинный кристаллический лёд. Возникает при охлажении воды до 253 K и давлении 500 МПа. Обладает самой сложной структурой по сравнению со всеми другими модификациями.

 
Лёд VI

Тетрагональный кристаллический лёд. Образуется при охлажении воды до 270 K и давлении 1,1 ГПа. В нём проявляется дебаевская релаксация.


Лёд VII

Кубическая модификация. Нарушено расположение атомов водорода; в веществе проявляется дебаевская релаксация. Водородные связи образуют две взаимопроникающие решётки.

Лёд VIII

Более упорядоченный вариант льда VII, где атомы водорода занимают, очевидно, фиксированные положения. Образуется изо льда VII при его охлаждении ниже 5 °C.


Лёд IX

Тетрагональная метастабильная модификация. Постепенно образуется изо льда III при его охлаждении от 208 K до 165 K, стабилен при температуре ниже 140 K и давлениях между 200 и 400 МПа. Его плотность 1,16 г/см³, то есть, несколько выше, чем у обычного льда.


Лёд X

Симметричный лёд с упорядоченным расположением протонов. Образуется при давлениях около 70 ГПа.

Лёд XI

Ромбическая низкотемпературная равновесная форма гексагонального льда. Является сегнетоэлектриком.


Лёд XII

Тетрагональная метастабильная плотная кристаллическая модификация. Наблюдается в фазовом пространстве льда V и льда VI. Можно получить нагреванием аморфного льда высокой плотности от 77 K до примерно 183 K и при давлении 810 МПа.


Лёд XIII

Моноклинная кристаллическая разновидность. Получается при охлаждении воды ниже 130 K и давлении 500 МПа. Разновидность льда V с упорядоченным расположением протонов.


Лёд XIV

Ромбическая кристаллическая разновидность. Получается при температуре ниже 118 K и давлении 1,2 ГПа. Разновидность льда XII с упорядоченным расположением протонов.


Лёд XV

Разновидность льда VI с упорядоченным расположением протонов. Можно получить путем медленного охлаждения льда VI примерно до 130 K и давлении 0,8-1,5 ГПа.

Далее. Градиент Т в глубоком океане вычисляется по довольно сложной формуле, но в первом приближении можно принять dТ=0,9 град/км. При g=9,8 м/с2 давление 25 000 атм будет на глубине 250 км, отсюда Т=0,9х250=225 С при Тпов=0 С.
Для сравнения, в верхней мантии Земли на глубине 250 км Т=2200-2500 С (более низкие значения для зон нисходящих потоков, более высокие - для зон восходящих)

Как видим, Т=225 С много выше Тпл. любой фазы льда.

Далее. Глубокие океаниды ожидаемо будут иметь пониженную плотность, и отсюда при М=Мз меньшую g. Снижение тяготения увеличивает температурный градиент (ввиду более вялой конвекции) и понижает давление у дна. Т. е. 25 000 атм будет достигнуто на большей глубине, нежели земные 250 км.

Вывод. Представления о некоем "ледяном ядре" у глубоких океанид ложны. В реальности возле дна будет иметь место перегретая вода, а в случае превышения давления 225,5 атм - водяной газ (жидкость при давлении выше критического является де-факто сжатым газом).

[Андрей Курилов]

При давлении И температуре выше критических, и не газом, а сверхкритический жидкостью.

[Константин ВАРБ]

При давлении И температуре выше критических, и не газом, а сверхкритический жидкостью.

Не жидкостью, а флюидом 

[Golossvyshe]

При давлении И температуре выше критических, и не газом, а сверхкритический жидкостью.

Не жидкостью, а флюидом 

Это какое-то очередное извращение от британских учёных, что ли?
Я не помню такого термина ни из курса химии, ни физики.
Не было в моё время никаких "флюидов".

При давлении и температуре выше критических любая среда является газом. Точка.

[Константин ВАРБ]

При давлении и температуре выше критических любая среда является газом. Точка.

Наука идёт дальше.
Раньше не знали о свойствах закритических сред, теперь их активно используют.
То есть среда будет обладать свойствами как газа так и жидкости, то есть будет являться подобно жидкости растворителем и сжиматься подобно газу.

[Dem]

Далее. Градиент Т в глубоком океане вычисляется по довольно сложной формуле, но в первом приближении можно принять dТ=0,9 град/км. При g=9,8 м/с2 давление 25 000 атм будет на глубине 250 км, отсюда Т=0,9х250=225 С при Тпов=0 С.
Для сравнения, в верхней мантии Земли на глубине 250 км Т=2200-2500 С (более низкие значения для зон нисходящих потоков, более высокие - для зон восходящих)

Как видим, Т=225 С много выше Тпл. любой фазы льда.

Проще привести картинку. тёмно-синее вверху - Лёд XI


Что касается температуры - оно сложно. Если у нас вся планета из воды - откуда вообще нагреву взяться? Только начальный, при формировании...

[Golossvyshe]

То, что я привёл некую выдержку из некоего докУмента, отнюдь ещё не означает, что моё мнение совпадает с мнением авторов статьи.

Вообще от приведённой таблички за версту тянет спекуляциями и инсинуациями "британских учёных". Никаких льдов 10-11 и т. д. не существует вовсе, ибо это всё жидкости. При давлении выше предела текучести материала данный материал является жидкостью вне зависимости от сложности структуры. Ну хорошо, для особо щепетильных есть термин "жидкий кристалл" - но всё равно же он жидкий.

Далее, весь правый верхний угол занимает водяной газ.
Можно подумать, кто-то экспериментально получал образцы льда при 1-10 млн. атм. и Т>Ткр 

Насчёт нагрева - ну мы же не "сферы даунов" рассматриваем, а реальную планету. Планета-капля из дистиллята может быть лишь продуктом астроинженерной деятельности.  Все реальные океаниды будут иметь массивное металлосиликатное ядро, составляющее как минимум десятки % от массы планеты.

[Андрей Курилов]

Водная (с примесью метана и аммиака) мантия Урана и Нептуна вроде бы являются сверхкритической жидкостью.

[Golossvyshe]

Водная (с примесью метана и аммиака) мантия Урана и Нептуна вроде бы являются сверхкритической жидкостью.

Если там Т<Ткр - да, конечно.

Если же выше, то, увы, газ. Смесь газов Н2О, СН4 и NН3. Атмосфера, короче, в чистом виде.

[Dem]

Далее, весь правый верхний угол занимает водяной газ.

Э, ты хочешь сказать что ядро Земли - газообразное? Потому как давление/температура там явно выше критической точки железа

[Golossvyshe]

Далее, весь правый верхний угол занимает водяной газ.

Э, ты хочешь сказать что ядро Земли - газообразное? Потому как давление/температура там явно выше критической точки железа

Для начала "вы"

Ну и как бы Т в ядре Земли ниже критической точки железа. По ряду данных, она там ниже 5000 С.

p.s. А вообще-то википедия всё лучше знает.  Твёрдое ядро... гм... из ценных пород дерева?

Долой прогнившую темодинамику и прочие науки! Да здравствует вольный полёт фантазий!

[Dem]

Тройной точки у железа нет - оно и в вакууме расплавится. А испаряется железо при трёх тысячах градусов.

[Golossvyshe]

Критическая точка есть у всех веществ. У вольфрама, к примеру, 13 900 С.

У железа я на память не помню, а искать ради офтопа лень. 

 зы  Прошу прощения - исправил досадную ошибку. Речь о критической точке шла, разумеется.

[Инопланетянин]

По принятой сейчас модели дождь на планете будет идти только в подсолнечной точке, а чем дальше от неё тем суше. И это связано, насколько я понял, с тамошним восходящим потоком. Но восходящие циклоны возможны не только именно под солнцем, движение потоков воздуха к нему не обязано быть ламинарным. А значит периодические дожди, скорее всего, возможны и в более сухих поясах.

[AlexOrex]

По принятой сейчас модели дождь на планете будет идти только в подсолнечной точке, а чем дальше от неё тем суше. И это связано, насколько я понял, с тамошним восходящим потоком. Но восходящие циклоны возможны не только именно под солнцем, движение потоков воздуха к нему не обязано быть ламинарным. А значит периодические дожди, скорее всего, возможны и в более сухих поясах.

Полагаю, модель дает только общую картину. На неё наложится масса климатических подробностей, зависящих от распределения суши и воды, рельефа, течений и т.д. На наветренных склонах гор дожди будут выпадать, за горами будет "дождевая тень" и возможны пустыни на крупных континентах даже в соларе и т.д.
Земля на том же уровне абстракции, вероятно, представляла бы собой три влажных пояса (экваториальный и умеренные), немного гуляющие туда-сюда в течение года.

[Golossvyshe]

По принятой сейчас модели дождь на планете будет идти только в подсолнечной точке, а чем дальше от неё тем суше. И это связано, насколько я понял, с тамошним восходящим потоком. Но восходящие циклоны возможны не только именно под солнцем, движение потоков воздуха к нему не обязано быть ламинарным. А значит периодические дожди, скорее всего, возможны и в более сухих поясах.

При наличии океанов с течениями картина действительно может сильно искажаться. Наверное, можно подобрать и такую модель, где на ночной стороне будут идти сильные ливни, во всяком случае вдоль побережий, где холодные стоковые ветры встречаются с тёплыми, идущими с моря.

Однако авторы исходной модели такие тонкости и не рассматривали. Они просто дали КАЧЕСТВЕННУЮ картину.

p.s. Отмечу, что до появления этой работы повсюду господствовал средневеково-аристотелевский "здравый смысл" - иссушенная пустыня на дневной стороне и ледяной панцирь на тёмной.
Модель показала полную несостоятельность подобных воззрений.

[Vavanzer]

Что касается температуры - оно сложно. Если у нас вся планета из воды - откуда вообще нагреву взяться? Только начальный, при формировании...

  Источников много, но опять же жидкость хорошо перемешивается ,что должно способствовать выравниванию... Опять же с другой стороны, берем Венеру, где атмосфера представляет сверхкритический флюид, то бишь что то типа газо-жидкости))),  и...  И имеет место всем известный градиент температуры, с глубиной она растет очень даже не по детски, достигая на "дне" полтыщщы градусов.
(на основе этого факта выявил интересную зависимость температуры от плотности атмосферы - на Марсе, Земле и Венере. Возможно парниковый эффект не очень то зависит от состава атмосферы, температура в конечном итоге определяется давлением и количеством тепла на орбите. Получалась очень интересная вещь - при одном и том же давлении на опр. высоте, зная температуру на одной планете, можно вычислить температуру на другой с высокой точностью через поправку на кол-во получаемого тепла)))
 так к примеру температура средняя на Земле при 1 атм +14 С (288К),  на Венере при 1 атм = 71 С (344К).  Мощность излучения N=qT^4
344^4/288^4 = 2.06.   Т.е получили величину , очень близкую к соотношению величин поступающей энергии от Солнца, которая =2 . 

  Опять же в случае с водяным океаном на Земле дело чуть по другому обстоит, температура сначала падает до 2-3 градусов, потом растет понемногу...
http://worldofscience.ru/geografija-mira/5599-temperatura-vod-mirovogo-okeana.html 

  Возможно только начиная с глубин когда вода становится сверхкритической, начнется эффект "венерианской атмосферы".

[Dayan]

Вообще от приведённой таблички за версту тянет спекуляциями и инсинуациями "британских учёных". Никаких льдов 10-11 и т. д. не существует вовсе, ибо это всё жидкости. При давлении выше предела текучести материала данный материал является жидкостью вне зависимости от сложности структуры. Ну хорошо, для особо щепетильных есть термин "жидкий кристалл" - но всё равно же он жидкий.

Лёд - это значит фазовое состояние, имеющее стабильную дальнюю упорядоченную структуру. Жидкий кристалл - это совсем про другое. Это состояние бывает только у некоторых сложных соединений (к которым вода не относится) или смесей при особых условиях. Их важное свойство (что делает их "жидкими") - это определённая форма их молекул, позволяющая слоям "скользить" в одном из направлений. У водного льда любой модификации не такая структура.

Далее, весь правый верхний угол занимает водяной газ.
Можно подумать, кто-то экспериментально получал образцы льда при 1-10 млн. атм. и Т>Ткр

Первое - неправда, а второе - получали. Образцы воды методом шокового удара лазером подвергали давлениям от 47 до 250 ГПа при температурах 2100 K и 19000 K (http://scitation.aip.org/content/aip/journal/jcp/125/1/10.1063/1.2207618).

Э, ты хочешь сказать что ядро Земли - газообразное? Потому как давление/температура там явно выше критической точки железа

Ну и как бы Т в ядре Земли ниже критической точки железа. По ряду данных, она там ниже 5000 С.
p.s. А вообще-то википедия всё лучше знает.  Твёрдое ядро... гм... из ценных пород дерева?

Совершенно справедливое замечание Dem. То, что внутреннее ядро Земли - твёрдое, известно из изучения сейсмических волн. К тому же, ядро не полностью состоит из железа (а на 78-85%). По последним данным температура на границе внутреннего и внешнего ядра - 6230 ± 500 K (http://www.sciencemag.org/content/340/6131/464).

Далее. Градиент Т в глубоком океане вычисляется по довольно сложной формуле, но в первом приближении можно принять dТ=0,9 град/км. При g=9,8 м/с2 давление 25 000 атм будет на глубине 250 км, отсюда Т=0,9х250=225 С при Тпов=0 С.
Для сравнения, в верхней мантии Земли на глубине 250 км Т=2200-2500 С (более низкие значения для зон нисходящих потоков, более высокие - для зон восходящих)
Как видим, Т=225 С много выше Тпл. любой фазы льда.

Интересно было бы увидеть ссылку на статью с формулой, которая показывает как изменяется температура водного глубокого океана с глубиной. Вы почему-то забыли её предоставить.
На самом деле зависимость другая - для океана из жидкой воды становится эффективным конвективный способ передачи энергии, в частности у воды и у скальных пород сильно разная теплопроводность. Это значит, что на дне океана Земли более низкая температура, чем на его поверхности не просто так - если вода подогревается снизу, то она также будет быстро охлаждаться - тёплая фракция поднимется, передаст энергию наружу (атмосфере и в космос в ИК, если атмосфера не сильно парниковая), охладится и погрузится обратно. Вследствие этого, кора под водой не нагрета, т.к. жидкая вода не держит тепло в отличие от границы верхней мантии и твёрдой коры (твёрдые вещества не передают тепло конвективным способом, а нагревают соседние слои теплопроводностью).
То же самое будет и на глубоких океанидах: верхний слой - глубокий океан, температура которого снижается от приповерхностных слоёв до границы с другой её фазой (льдом-VII). Далее этот лёд простирается до фазы льда-X, а последний может сохранять кристаллическую решётку (не такую, как у льда при нулевом давлении, т.к. при давлении форма электронного облака молекулы изменяется!) при очень высоких температурах.
У всех океанид, конечно, разная массовая доля воды и скальных пород, но на границе силикаты-вода или силикаты-лёд устоявшихся планет-океанов всегда имеется достаточно низкая температура. Если когда-то эта температура была больше (например, при образовании планеты), то со временем она неизбежно понизится из-за конвекции жидкого или изначально сверхкритического слоя воды. То есть, если сначала была сверхкритическая фаза (т.к. температура не позволяла образоваться льду-VII), то потом она перейдёт в состояние льда высокого давления (это энергетически более выгодно системе), быстро передав излишек тепла наружным слоям.

Вывод. Представления о некоем "ледяном ядре" у глубоких океанид ложны. В реальности возле дна будет иметь место перегретая вода, а в случае превышения давления 225,5 атм - водяной газ (жидкость при давлении выше критического является де-факто сжатым газом).

Неправильный вывод.