Обитаемость систем коричневых карликов

[Fortunatus_]

Прикинем в цифрах. Пусть у нас есть карлик массой 15 юпитеров, радиусом 0,71 юпитера (для КК радиус обратно пропорционален корню 8 степени из массы), температурой 950 К. Тогда его болометрическая светимость равна 1,44е21 Вт, а радиус орбиты спутника с земной эффективной температурой 290 тыс. км. Это несколько больше радиуса Роша, который составляет для такого карлика 270 тыс. км. Период спутника 6,2 часа, орбитальная скорость 81 км/с. Визуальная звёздная величина карлика будет -9.59m, а угловой диаметр около 20 градусов.

До сих пор цифры были надёжные, дальше начинается произвол. Пусть концентрация протонов в радиационном поясе на расстоянии орбиты спутника будет 2000/см3 (как у Юпитера). Эти протоны вращаются синхронно с карликом. Его период вращения может быть каким угодно, но скорее всего достаточно коротким. Возьмем произвольно период 3 часа. Тогда скорость течения плазмы относительно неподвижных звёзд будет 169 км/с, относительно спутника 88 км/с. Плотность потока энергии, выделяемой протонами при столкновении с атмосферой спутника, 0,0011 Вт/м2. Допустим, половина этой энергии превращается в видимый свет, из этого света половина излучается в космос, а остаток освещает спутник. Тогда освещенность от "полярного" сияния на спутнике составит 0,2 люкса, что равно освещенности от полной Луны на Земле.

Яркость "полярного" сияния сильно зависит от скорости вращения карлика. Так, при периоде вращения в 1 час достигается освещенность 20 люкс - при такой уже почти можно читать. Так что при определённых (достаточно жёстких) условиях фотосинтез на спутнике КК определённо возможен.

[Прохожий]

Это конечно, не железная звезда Ефремова, но что-то близкое. Вот там медузы и живут...Пора готовить "Тантру"....

[Erandir]

Мне кажется, что если рассматривать возможность фотосинтеза на планетах КК, то стоит думать прежде всего в сторону использования ближнего ИК. Благо, на Земле есть рабочие примеры.
Вот статья в тему: http://arxiv.org/pdf/1211.6467v1.pdf
Рассматривают изменение ЗО для коричневых и белых карликов по мере их остывания. В т.ч. приведено изменение спектральных характеристик (КК взят массой 40 MJup) для разного возраста:

Видно, что в диапазоне 0,1-10 млрд. л, для фотосинтеза на бактериохлорофилле b (длинноволновой максимум поглощения в клетках - 1020-1035 нм) свет подходящий, на бактериохлорофилле a (аналогичный - 830-890 нм) - хуже, но исключать не стоит.

[AlexAV]

Последний раз - 2013, на расстоянии 6,6 св. лет.

Спектральный класс L7.5 (у большей компоненты)… Для звезды главной последовательности слишком низкая температура. При высокой металличности может быть… но маловероятно. Скорее всего, это не настоящая звезда, а бурый карлик, жизнепрегодность которого намного ниже чем у красного карлика из-за достаточно быстрого остывания и как следствие нестабильности климата планеты вокруг него.

[neandertal]

Это уже не звезды, а жалкие подобия находят.  И там даже тараканам не очень-то хорошо приходится...

бурый карлик, жизнепрегодность которого намного ниже чем у красного карлика

Это неочевидно. Сможете ли как-нибудь обосновать?

[AlexAV]

Это неочевидно. Сможете ли как-нибудь обосновать?

Что обосновать? Что это бурый карлик, или то что бурый карлик менее пригоден для жизни, чем звезда главной последовательности?

[neandertal]

Что обосновать? Что это бурый карлик, или то что бурый карлик менее пригоден для жизни, чем звезда главной последовательности?

вопрос был указан - почему бурый карлик менее пригоден для жизни?

[AlexAV]

вопрос был указан - почему бурый карлик менее пригоден для жизни?

Красная звезда очень стабильна. Она живёт и поддерживает почти постоянную светимость сотни миллиардов – триллионы лет.

А вот о буром карлике это не скажешь. Вот график снижения светимость красного карлика с массой в 42 массы юпитера.



Первые несколько миллиардов лет (пока он в L классе) светимость падает вообще обвальное. А затем он уходит в T класс, где даёт слишком мало ФАР для поддержания фотосинтезирующей жизни. А без фотосинтеза – никакой нормальной биосферы не получается, так, её жалкое подобие.

[neandertal]

А затем он уходит в T класс, где даёт слишком мало ФАР для поддержания фотосинтезирующей жизни. А без фотосинтеза – никакой нормальной биосферы не получается, так, её жалкое подобие.

А вот здесь, пожалуйста, поподробнее. Неочевидно, опять же.

[AlexAV]

А вот здесь, пожалуйста, поподробнее. Неочевидно, опять же.

Для зелёных растений к области фитоактивной радиации относится полоса 380-730 нм. При этом для большинства высших растений минимальный поток ФАР не должен быть меньше 10 Вт/м2. Если принять поток излучения звезды падающий на планету равный потоку, получаемому землёй от солнца (1367 Вт/м2), то поток ФАР без учёта поглощения атмосферой для тусклого красного карлика спектрального класса М9.5 будет где-то 10 Вт/м2. Собственно это уже на гране.

А вот для бурого карлика позднего спектрального класса L c температурой 1300К уже только 0,2 Вт/м2. Если добавить сюда поглощение атмосферой – то станет совсем печально.

В спектральном классе Т поток ФАР и вовсе будет измеряться в милливаттах на м2, что совершенно точно ни с какими зелёными растениями несовместимо.

Есть правда ещё бактерохлорофилл b с краем поглощения 1.1 мкм. Для него ситуация получше. Поток ФАР на уровне больше 10 Вт/м2 будет обеспечиваться до температуры источника в 1300К, но это опять только L-класс. В спектральном классе Т всё равно ситуация не очень. Но… Такой хлорофил плохо совместим с оксигенным фотосинтезом и нуждается в более простых донорах электронов чем вода, вроде соединений серы. Кроме того, ИК короче 700 нм уже начинает существенно поглощаться водой, что будет создавать дополнительные сложности.

[stuuvi]

Вот график снижения светимость красного карлика

Вроде график светимости коричневого карлика , а не красного.

[neandertal]

Для зелёных растений

Так я не понял - речь идёт о жизни вообще или о зелёных растениях (завезённых с Земли?)? Давайте-ка без подмены понятий.
Да и на Земле первые 1-2 млрд. лет жизнь обходилась без фотосинтеза, а грибы и некоторые другие и сейчас без этого обходятся. Чего уж говорить о жизни, изначально приспособленной под условия бурого карлика.

Собственно это уже на гране.

На каком таком гране?

А вот для бурого карлика позднего спектрального класса L c температурой 1300К уже только 0,2 Вт/м2. Если добавить сюда поглощение атмосферой – то станет совсем печально.
В спектральном классе Т поток ФАР и вовсе будет измеряться в милливаттах на м2, что совершенно точно ни с какими зелёными растениями несовместимо.

Про избыток в синей части спектра у бурых карликов чего-нибудь слышали, не?

[AlexAV]

Вроде график светимости коричневого карлика , а не красного.

Да, коричневого. Опечатка.

[незлой]

почему бурый карлик менее пригоден для жизни?

была, кажется, отдельная тема по.
они слишком быстро остывают.

[AlexAV]

Так я не понял - речь идёт о жизни вообще или о зелёных растениях (завезённых с Земли?)? Давайте-ка без подмены понятий.

Так законы физики там не поменялись. Соответственно весь ИК с длинной волны более 1 мкм будет почти полностью пожираться водой и её парами (а жизнь без воды не бывает). И двухфотонное расщепление воды при длине волны больше 730 нм тоже не выйдет. Энергии не фотонов не хватит.

Соответственно для оксигенного фотосинтеза также потребуется та же полоса излучения, что и для зелёных растений. Ну плюс есть полоса ИК 0,7-1 мкм, которая ещё поглощается сравнительно умеренно и может быть использована для аноксигенного фотосинтеза.

Собственно те же закономерности, что и на земле.

На каком таком гране?

Мало. Что-то расти может быть ещё и может, но биопродуктивность будет уже весьма низкой.

Да и на Земле первые 1-2 млрд. лет жизнь обходилась без фотосинтеза, а грибы и некоторые другие и сейчас без этого обходятся.

Для жизни нужен источник энергии. И единственный источник способный поддерживать достаточно развитую биосферу – это исключительно свет своей звезды.

Про избыток в синей части спектра у бурых карликов чего-нибудь слышали, не?

Есть такое. В большей мере у карликов Т-класса. Вот только всё равно в коротковолновую область попадают совершенные крохи. Те самые милливатты/м2.

[alexday457]

Первые несколько миллиардов лет (пока он в L классе) светимость падает вообще обвальное. А затем он уходит в T класс, где даёт слишком мало Для поддержания фотосинтезирующей жизни. А без фотосинтеза – никакой нормальной биосферы не получается, так, её жалкое подобие.

Откуда вы знаете? Что недостаточно? Вы знакомы только с одной биосферой Земли...вон под водой вулканы газы выделяют там жизнь кишит...Не делайте выводы поспешные...

[neandertal]

И двухфотонное расщепление воды при длине волны больше 730 нм тоже не выйдет. Энергии не фотонов не хватит.

Это ключевой момент. Жизнь оказалась завязана на фотолиз воды. Вот здесь обоснуйте подробнее, пожалуйста - почему. Исходя из определения жизни.

Ну плюс есть полоса ИК 0,7-1 мкм, которая ещё поглощается сравнительно умеренно и может быть использована для аноксигенного фотосинтеза.
Собственно те же закономерности, что и на земле.

Не те же. Неизвестно, какие ещё могут быть способы/хлорофиллы.

И единственный источник способный поддерживать достаточно развитую биосферу – это исключительно свет своей звезды.

Как вы это вывели? На основании чего?

Вот только всё равно в коротковолновую область попадают совершенные крохи. Те самые милливатты/м2.

Вообще-то избыток в синей части спектра достаточно велик, чтобы изменить видимый цвет звезды. Известно, что такие бурые карлики на самом деле не бурые и не коричневые, а скорее лиловые. Посему непонятно, откуда вы взяли "те самые миливатты". Здесь рассчёт нужен.

[neandertal]

Голубые бурые карлики
Благодаря влиянию спектра молекулярных соединений и спектров натрия и калия, которые сильно выделяют также зелёную часть спектра T-карликов, наблюдатель бы увидел такой объект не бурым, а скорее розовато-синим.
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0103383:
Indeed, the recent measurement of the spectrum of the L5 dwarf 2MASSW J1507 from 0.4 μm to 1.0 μm(Fig. 21;
Reid et al. 2000a) indicates that this L dwarf is magenta in (optical) color. This is easily shown with a program that
generates the RGB equivalent of a given optical spectrum (in this instance, R:G:B::1.0:0.3:0.42, depending upon the
video “gamma”). Hence, after a quarter century of speculation and ignorance, we now have a handle on the true color
of a brown dwarf — and it is not brown.

[AlexAV]

Вообще-то избыток в синей части спектра достаточно велик, чтобы изменить видимый цвет звезды. Известно, что такие бурые карлики на самом деле не бурые и не коричневые, а скорее лиловые. Посему непонятно, откуда вы взяли "те самые миливатты". Здесь рассчёт нужен.

Вот реальный спектр коричневого карлика.



Из него получается, что при инсоляции равной земной в область оксигенного ФАР попадёт 200 мВт/м2 без учёта поглощения атмосферой.  Побольше, чем получается из теплового спектра, но всё равно какие-то несерьёзные копейки.

[AlexAV]

Как вы это вывели? На основании чего?

И какие альтернативы? Гидротермы с хемосинтезом? Так этого очень мало. Не биосфера, а одно название. Что ещё?