Обитаемость экзолун, компактных и кратных звездных систем

[garryon]

Такое явление уже где-то открыто в природе или хотя бы доказана его физическая реалистичность?

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D0%BE%D1%8F%D0%BD%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B0

[EmperioAf]

сотни. Возможно ли такое?

Сотня - это конечно слишком идеалистически.
Но можно пофантазировать.
Как выглядит идеальная звёздная система для эволюции жизни от клетки до человека?
Нам нужна двойная система из звёзд массой 1 М⊙ (т.е. двойная система из двух Солнц) скажем на расстоянии 10 а.е. между собой.
Около каждой из звёзд можно разместить скажем 5  планет типа Земли в зоне обитаемости на расстояниях соответственно: 0.8 а.е., 1 а.е., 1.2 а.е., 1.35 а.е., 1.5а.е..
Получается 10 планет. Кто даст больше? 

В вашей системе все посталкивается друг с другом ещё в первые 100 миллионов лет...

Ну почему же?
Мы ведь можем при образовании звёздной системы аккуратно сделать так, чтобы эксцентриситет всех планет был близок к нулю (в пределах 0.01 например)
А уже в имеющейся системе например на Землю, которая расположена на расстоянии 1.5 а.е. от родительской звезды, сама родительская звезда будет оказывать влияние в \( (\frac{8.5}{1.5})^2 \approx 32 \) раза больше чем соседняя звезда и в \( \frac{330000}{10^2} = 3300  \) раз больше чем Земля, которая расположена на 1.35 а.е. от родительской звезды.
Если хотите, то конечно можно соседнюю звезду отодвинуть на несколько десятков а.е. для гарантированной стабильности, но мне кажется, что такое близкое расстояние порядка 8 а.е. между группами планет должно способствовать взаимной космической экспансии для цивилизаций.
Только представьте, если бы на орбите вместо Сатурна была бы звезда с обитаемой Землёй. Тогда ещё в 20-м веке провели бы экспансию космического пространства на 10 а.е. от Солнца.

[kryptonik]

Цитата: Ый от 11 Июл 2022 [21:36:24]

    И в-третьих, нафига всё это нужно?

Чтобы сотня планет взаимодействовала без сотен же лет ожидания.

Непонятно почему триллионы китайцев и индусов, которые будут обитать на этих планетах, будут именно от этого счастливы.

[vika vorobyeva]

Мне самой очень нравится идея массивного гиганта с богатой системой условно землеподобных спутников, но нужно учитывать влияние радиационных поясов гиганта на устойчивость их атмосфер. Подозреваю, что Ганимед лишен заметной атмосферы именно из-за "сдувающего" влияния высокоэнергичных заряженных частиц, захваченных Юпитером.
Чтобы спутники были помассивнее, нужен более массивный протоспутниковый диск, а значит (в среднем) и более массивная планета-гигант. Но не будет ли у массивного гиганта и более сильное магнитное поле? По двум точкам строить закономерность – идея так себе, но вот у Юпитера поле заметно сильнее, чем у Сатурна, а радиационная обстановка в ближайших окрестностях – заметно хуже.
Можно представить себе планету с массой в ~10 масс Юпитера с 4-5 условными "землями", но не сдует ли с них атмосферу, и не поставят ли убойные радиационные пояса гиганта крест на межспутниковых перелетах?

[Olweg]

Вика, может быть, вы вспомните, была статья, где определялись минимально возможные интервалы между ближайшими планетными орбитами (в радиусах Хилла?) Порылся в экзопланетных темах и не смог сейчас найти.

[vika vorobyeva]

К сожалению, не вспомню
Но можно исходить из того, что орбитальные резонансы вида 4:3 не часто, но встречаются, а вот еще более компактных вариантов мне не попадалось.

[gan]

крест на межспутниковых перелетах

Ну давайте я попробую...все таки моя любимая тема, про падение зеленых человечиков в агрессивных космических средах.  Давайте в системе Юпитера.
Магнитное поле там примерно в 10 000 раз сильнее чем на Земле. Из этого следует что захватывая частицы, такое поле создаст и соответствующие радиационные пояса. Возьмем  3 радиуса Юпитера, там поток электронов примерно до 35 МэВ,  протонов, до 80 МэВ.  Но, чем дальше от Юпитера, плотность потока уменьшается, это хорошо. Спутник Ио и Европа  находятся от 6 и  9 радиусов. Ганимеду чертовски повезло 16 радиусов.  Ну а потом рассчитываем полученную дозу от плотности обшивки КА.   Берем 5 грамм алюминия на квадратный сантиметр, и получаем примерно 100 000 рад. в сутки для Ио и Европы.  100 рад, для Ганимеда.  Ну, для роботов это не о чем, на то они и роботы. А для живых я уже писал что нужно...
Ответ: крест на межспутниковых перелетах

[mbrane]

Ну почему же?
Мы ведь можем при образовании звёздной системы аккуратно сделать так, чтобы эксцентриситет всех планет был близок к нулю (в пределах 0.01 например)

Патаму шо вторая звезда увас убьет все круговые орбиты...причем может быть даже не за сотни а за десятки миллионов лет...

[Dayan]

Мне самой очень нравится идея массивного гиганта с богатой системой условно землеподобных спутников, но нужно учитывать влияние радиационных поясов гиганта на устойчивость их атмосфер. Подозреваю, что Ганимед лишен заметной атмосферы именно из-за "сдувающего" влияния высокоэнергичных заряженных частиц, захваченных Юпитером.
Чтобы спутники были помассивнее, нужен более массивный протоспутниковый диск, а значит (в среднем) и более массивная планета-гигант. Но не будет ли у массивного гиганта и более сильное магнитное поле? По двум точкам строить закономерность – идея так себе, но вот у Юпитера поле заметно сильнее, чем у Сатурна, а радиационная обстановка в ближайших окрестностях – заметно хуже.
Можно представить себе планету с массой в ~10 масс Юпитера с 4-5 условными "землями", но не сдует ли с них атмосферу, и не поставят ли убойные радиационные пояса гиганта крест на межспутниковых перелетах?

Если подтвердятся кандидаты в экзолуны у Kepler-1625 b и Kepler-1708 b, то соотношение масс планет-гигантов и спутников может быть и относительно небольшим – не тысячи, а сотни и даже десятки к одному. Да и находятся же планеты-гиганты и коричневые карлики на орбитах красных карликов. И судя по таким многопланетным системам, как GJ 676 и GJ 876, где крупнейшие планеты-гиганты имеют соотношение масс к массам родительских звёзд в пределах 1/100 – 1/200, образуются они вполне себе планетным способом – из протопланетных дисков. Причём массы протопланетных дисков могут быть сравнимы с массами звёзд, и иногда превышать их. А чем спутники планет хуже спутников звёзд с физической точки зрения? Ничем.
Я думаю, что соотношение масс спутников Юпитера к массе самого Юпитера (или спутников Сатурна к массе Сатурна) – не универсальное правило. О нём говорят десятки лет, и по-моему оно устарело. Некоторые мифы чрезвычайно долгоживущие. Например, в некоторых журналистских статьях, а также в постах участников Астрофорума (на удивление!), до сих пор можно встретить утверждение, что горячие юпитеры – самый распространённый тип планет, и что в тех системах, где они есть невозможны аналоги Земли в зоне обитаемости. Но это же не более, чем ошибочные представления конца 20 века.
Считаю, что спутники земной и суперземной массы возможны и у планет с массами меньше, чем у Сатурна. Может даже у (мини)нептунов!

Вика, может быть, вы вспомните, была статья, где определялись минимально возможные интервалы между ближайшими планетными орбитами (в радиусах Хилла?) Порылся в экзопланетных темах и не смог сейчас найти.

Ну я что-то помню. Например,
Spacing of Kepler Planets: Sculpting by Dynamical Instability, или
The stability of tightly-packed, evenly-spaced systems of Earth-mass planets orbiting a Sun-like star, или
Eccentricities and the Stability of Closely-Spaced Five-Planet Systems, или
Long-Term Stability of Tightly Packed Multi-Planet Systems in Prograde, Coplanar, Circumstellar Orbits within the α Centauri AB System.

Главный вывод такой: чтобы планетная система оставалась стабильной на временах порядка 10 млрд лет, минимальное расстояние между планетами в системах одиночных звёзд должно превышать 10-12 взаимных радиусов Хилла (для планет на компланарных и близких к круговым орбитах). В системах вроде Альфы Центавра AB это расстояние растёт до 20-25 в случаях с 5 планетами или больше у каждой звезды.
В реальных системах интервалы между планетами могут быть и меньше рассчитанных из-за длинных цепочек резонансов и приливных эффектов со стороны звезды, которые удерживают их в стабильном состоянии. Хороший пример – система TRAPPIST-1. И хотя её возраст определён плохо, считается, что она не моложе 0.5 миллиарда лет (а по более современным оценкам и вовсе не меньше 2 млрд лет).

[Olweg]

Спасибо, Dayan. Как раз про первую статью смутно помнил.

[Инопланетянин]

Но не будет ли у массивного гиганта и более сильное магнитное поле?

Будет, так же из-за близости к звезде будет прилетать больше заряженных частиц и радиационная обстановка будет хуже даже при сопоставимой мощности поля. Пилотируемая космонавтика потребует хорошей защиты. Возможно, нам добраться до Титана и сделать там что-нибудь по проекту Семёнова окажется проще, чем им просто живыми долететь до соседней обитаемой планеты.

[Маковец]

Подозреваю, что Ганимед лишен заметной атмосферы именно из-за "сдувающего" влияния высокоэнергичных заряженных частиц, захваченных Юпитером.

Марс крупнее Ганимеда, и тоже лишён заметной атмосферы.
 Может, дело не в этом?

[vika vorobyeva]

Да и находятся же планеты-гиганты и коричневые карлики на орбитах красных карликов. И судя по таким многопланетным системам, как GJ 676 и GJ 876, где крупнейшие планеты-гиганты имеют соотношение масс к массам родительских звёзд в пределах 1/100 – 1/200, образуются они вполне себе планетным способом – из протопланетных дисков. Причём массы протопланетных дисков могут быть сравнимы с массами звёзд, и иногда превышать их. А чем спутники планет хуже спутников звёзд с физической точки зрения?

С одной стороны, это верно. Планеты и планетные системы очень разнообразны, и вполне возможны всякие экзотические системы, в том числе и такие. С другой стороны, массивные планеты-гиганты и коричневые карлики у красных карликов – это крылья гауссианы, то, что можно назвать скорее исключением, чем правилом. Как правило, у маломассивных звезд – маломассивные планеты, и наоборот, частота (распространенность, occurrence rate) планет-гигантов растет с массой родительской звезды как минимум до 2 солнечных масс.
То есть относительно массивные спутники у планет (с отношением масс 1:100, 1:200), безусловно, существуют. Но в большинстве систем отношение масс спутников и центральной планеты будет гораздо более контрастным (скажем, 1:5000). Если мы рассматриваем не типичную ситуацию, а просто интересуемся, возможны ли (и существуют ли где-нибудь) землеподобные спутники у нептунов и легких газовых гигантов – то ваше замечание справедливо.

Готовя многонаселенную систему, я бы сделала 6-кратную иерархическую систему, где пары оранжевых карликов вращались бы на расстоянии 200-300 а.е. друг от друга, а расстояния между звездами каждой пары составило бы 10-15 а.е. Удаленная пара может включать желтые карлики, располагаться на расстоянии ~10 тыс. а.е., а расстояние между ними – 40-50 а.е. У каждого желтого карлика может быть по массивной планете со спутниками на внешнем крае обитаемой зоны, а ближе к внутреннему краю – по теплому Марсу с немного более плотной атмосферой. У каждого оранжевого карлика – плотная компактная многопланетная система, где планеты связаны резонансами вида 3:2. Штук 20 потенциально обитаемых планет в такой системе точно может быть.

Марс крупнее Ганимеда, и тоже лишён заметной атмосферы.

Ну, вы сравнили. На Марсе вполне себе заметная атмосфера – и бури есть, и вертолет летает, и небо не черное, и парашютом при посадке пользоваться можно. Давление кислородной атмосферы Ганимеда оценивается в 0,2–1,2 мкПа. На Марсе давление у поверхности 600 Па, т.е. разница в 9 порядков!

[Dayan]

С одной стороны, это верно. Планеты и планетные системы очень разнообразны, и вполне возможны всякие экзотические системы, в том числе и такие. С другой стороны, массивные планеты-гиганты и коричневые карлики у красных карликов – это крылья гауссианы, то, что можно назвать скорее исключением, чем правилом.

То есть относительно массивные спутники у планет (с отношением масс 1:100, 1:200), безусловно, существуют. Но в большинстве систем отношение масс спутников и центральной планеты будет гораздо более контрастным (скажем, 1:5000). Если мы рассматриваем не типичную ситуацию, а просто интересуемся, возможны ли (и существуют ли где-нибудь) землеподобные спутники у нептунов и легких газовых гигантов – то ваше замечание справедливо.

Исключение – это что-то из ряда вон, очень редкое, полагаю с частотой встречаемости меньше 1%. Не думаю, что массивные спутники планет являются таким уж редким исключением. Я посмотрел количество известных планет с массами больше 2 масс Юпитера в Энциклопедии экзопланет и в Экзопланетном архиве NASA. Оно превышает 10%. Тут конечно есть эффект селекции. Но с другой стороны, это всего лишь верхушка айсберга, и внешние области (да и внутренние тоже) подавляющего большинства планетных систем остаются неизученными. Кроме того, большинство известных экзопланет открыто транзитным методом благодаря Кеплеру и TESS, и массы многих из них не измерены.
Да и далеко ходить не нужно – отношение массы всех объектов Солнечной системы к массе Солнца составляет больше 1/1000 – примерно 1/745, это не 1/4800 как у спутников Юпитера к Юпитеру. Также в Солнечной системе есть Земля с Луной, Плутон с Хароном, Эрида с Дисномией, Хаумеа с Хииака и т.д.
Я бы оценил частоту встречаемости массивных спутников у планет в 5-10% (может даже 5-15%), независимо от способа образования такой системы. Вы правы в том, что это не очень много. Но всё же это не исключение, не экзотика, а скорее часть правила.

Кстати, согласно последней оценке масс планет системы TRAPPIST-1, суммарная масса всех 7 планет относится к массе родительской звезды как 1/4600, что близко к системе Юпитера. Однако мы же не знаем что находится за пределами 0.06 а.е. от звезды в этой системе (т.е. действительно ли самая внешняя известная планета h – на самом деле самая дальняя там).

Как правило, у маломассивных звезд – маломассивные планеты, и наоборот, частота (распространенность, occurrence rate) планет-гигантов растет с массой родительской звезды как минимум до 2 солнечных масс.

Ещё хорошо известно, что частота встречаемости горячих юпитеров растёт у звёзд с более высокой металличностью. Значит ли это, что среднее соотношение масс всех планет системы к массе родительской звезды растёт с увеличением массы или металличности звёзд? Не значит, во всяком случае не очень очевидно. Потому, что эффект селекции как для транзитного метода, так и для метода лучевых скоростей (поскольку сами красные карлики в среднем тусклее и активнее, чем солнцеподобные звёзды, измерять их лучевые скорости сложнее, и на длинных временах начали только относительно недавно, а их планеты даже в случае одинакового общего соотношения масс с центральной звездой всё же меньше по абсолютной массе). Быть может планеты-гиганты у низко-металличных звёзд менее эффективно мигрируют к центру системы.

[SpaceEngineer]

Кто-то развлекался, помещая десятки планет на одну орбиту, и чередуя направление вращения орбит. Фантазия разгулялась так, что получилось 10000 планет.
https://planetplanet.net/2017/05/03/the-ultimate-engineered-solar-system/

А можно еще сделать то же самое в иерархической 16-кратной звездной системе.
https://planetplanet.net/2016/04/13/building-the-ultimate-solar-system-part-6-multiple-star-systems/

Но я что-то сомневаюсь, что даже одно кольцо из планет будет устойчиво.

[noxx77]

но не сдует ли с них атмосферу, и не поставят ли убойные радиационные пояса гиганта крест на межспутниковых перелетах?

Либо, если речь о сдувании двуокиси углерода и водяных паров, может, наоборот, избавить от лишнего парникового эффекта.

[EmperioAf]

Оказывается в данном разделе тема большого количества планет с жизнью в одной звёздной системе уже поднималась

Комментарий модератора раздела

Темы объединены, дублирующие сообщения удалены.

[Klapaucius]

Оказывается в данном разделе тема большого количества планет с жизнью в одной звёздной системе уже поднималась
Искусственная солнечная система

Там про искусственное происхождение. Когда естественное, другие расклады. Вся экзотика вроде многих экзолун, и прочее возможна (и даже с жизнью). Но вот потенциальная встречаемость... Для поиска жизни imho несущественно статистически.

[SpaceEngineer]

Почему несущественно? Газовые гиганты в обитаемой зоне уже открыты, и найти новые будет проще, чем земли.

[Klapaucius]

Почему несущественно? Газовые гиганты в обитаемой зоне уже открыты, и найти новые будет проще, чем земли.

Даже в Вашей SpaceEngine (версия 0.980) я на сотни землеподобных планет не нашёл ни одного вообще достаточно крупного спутника планеты-гиганта. Это конечно "просто" программа, что нарисуешь то и получишь. Но что-то представляется, что таких спутников пригодных для жизни как минимум на порядок меньше чем просто одиночных землеподобных планет. С луной как у нас, или до 2-3 планет у красного карлика в зоне златовласки. Может ли быть у звезды класса GV несколько таких планет, тоже вопрос интересный, но вряд ли и таких систем большинство. Более того, если бы у Солнца вместо Земли был бы Юпитер с Землёй на земной орбите, это не только редкость, но и вопросы по условиям для жизни.