Exoplanety

[Alchymista]

Napadla ma jedna úvaha:
Zemské vnútro je tekuté, alebo aspoň plastické. Zároveň ale má v rôznych hĺbkach rôznu mernú hustotu (s hĺkou rastúcu)... Takže moment hybnosti rôznych vrstiev Zeme nie je zrejme rozložený rovnomerne.

Rotácia Zeme sa vplyvom slapových síl od Mesiaca spomaľuje.

Otázka znie: Rotuje Zem ako "dokonale" tuhé teleso? Alebo majú rôzne vrstvy rozdielnu rýchlosť rotácie - hoci rozdiely môžu byť nepatrné?

[Alchymista]

skúsil som AI:

Zem nerotuje ako dokonale tuhé teleso. Namiesto toho majú rôzne vrstvy planéty v skutočnosti rozdielnu rýchlosť rotácie, čo je známe ako diferenciálna rotácia.
Tu je prehľad rotácie jednotlivých vrstiev:

* Litosféra a plášť: Tieto pevné časti (kôra a plášť) rotujú zhruba ako celok a tvoria referenčný rámec pre naše merania na povrchu.
* Vonkajšie jadro: Táto tekutá vrstva rotuje odlišne od plášťa, čo súvisí s generovaním magnetického poľa Zeme (geodynama). Predpokladá sa, že vykazuje pohyb smerom na západ (západný drift).
* Vnútorné jadro: Pevné vnútorné jadro rotuje v rovnakom smere ako zvyšok Zeme, ale mierne rýchlejšie ako plášť a kôra (tzv. super-rotácia). Tento rozdiel v rýchlosti je veľmi malý (približne 0,3 až 0,5 stupňa za rok rýchlejšie), ale v geologickom časovom meradle je to významný pohyb. Nedávne štúdie naznačujú, že táto super-rotácia sa môže v priebehu desaťročí meniť a dokonca dočasne zastaviť alebo obrátiť.

[Alchymista]

Oblasť viazanej rotácie planéty v závislosti na veľkosti/spektrálnej triede hviezdy a obývateľná/zelená zóna.
https://www.daviddarling.info/encyclope ... bzone.html

Povedal by som, že aj toto dosť limituje množstvo "vhodných" planét...

Znovu som narazil na túto schému - a napadla ma jedna hypotéza:
Všetky planéty s obežnou dobou kratšou ako zhruba sto dní možno predbežne považovať za nevhodné pre život.
Dôvod: nemajú vodu.

V geologicky veľmi krátkom čase sa dostávajú do stavu viazanej / synchronizovanej rotácie, v dôsledku čoho strácajú magnetické pole a následne vplyvom hviezdneho vetra strácajú z atmosféry vodík - a teda aj povrchovú vodu.

[MaG]

Hele můžeš nějak upřesnit tu tvou úvahu? Myslím, že planeta velikosti Země obíhající kolem hvězdy menší hmotnosti než Slunce by odolal slapovým silám déle ne? Třeba když půjde o trpaslíka o hmotnosti 0,25 Slunce.

[Alchymista]

nepresné počítanie s nepresnými číslami...
Vzorec pre veľkú poloosu z wiki https://sk.wikipedia.org/wiki/Obe%C5%BE ... a_(astron) ;
zjednodušený vzore pre uzamknutie z https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_locking#Timescale ;
hmotnosť Zeme 6.10E24kg ; polomer Zeme 6500km

Pre hviezdu podobnú slnku ~2.10E30kg je "100 dňová" orbita (~8 500 000 sec ~98 dní) vo vzdialenosti ~70 mld metrov, 70 mil. km (~0,45AU)
(Merkur - 88 dní, ~58 mil. km, ~0,387AU)
Pre hviezdu štvrtinovú ako slnko ~0,5.10E30kg je "100 dňová" orbita (~8 500 000 sec) vo vzdialenosti ~40 mld metrov, 40 mil. km (~0,26AU)
Pre pidihviezdu dvadsatinovú ~0,1.10E30kg je "100 dňová" orbita (~8 500 000 sec) vo vzdialenosti ~23 mld metrov, 23 mil. km (~0,15 AU)

Doba uzamknutia pre hviezdu podobnú slnku a "zem" vo vzdialenosti 70 mil. km ~ 56 mil. rokov
Doba uzamknutia pre hviezdu štvrtinovú ako slnko a "zem" vo vzdialenosti 40 mil. km ~ 32 mil. rokov
Doba uzamknutia pre pidihviezdu s dvadsatinovou hmotnosťou slnka a "zem" vo vzdialenosti 23 mil.km ~ 800 mil. rokov

Hmotnosť planéty a jej polomer nemá významný vplyv ani na polomer dráhy, ani na dobu uzamknutia, jednoznačne dominuje hmotnosť hviezdy.
Aj keby bola doba uzamknutia desať krát dlhšia ako mi vyšlo, na "blízkych" obežných dráhach, s krátkou dobou obehu (menej ako "100 dní", alebo povedzme menej než 10 000 000 sekúnd) je uzamknutie rotácie rýchle (z hľadiska geologického času alebo i z hľadiska doby života hviezd a ich planét).
Teda aj zánik planetárneho magnetického poľa generovaného pohybom kovového jadra je rýchly.
A bez ochrany magnetickým poľom je rýchla aj strata vodíku z atmosféry, a vody z povrchu, ako ukazujú prípady Venuše aj Marsu. Takže sú to mrtve, vysušené exoplanéty, hoci možno s nejakou atmosférou - a možno i celkom hustou, ako má Venuša, aj keď asi nie až tak horúcou.

edit: Teraz som našiel, že teoretický limit najmenšej možnej hviezdy je zhruba štrnástina hmotnosti Slnka...

[milantos]

A jak potom vysvětlit Mars ? Jeho ztrátu atmosféry i vody

[Alchymista]

Asi najjednoduchšie by sa to dalo vysvetliť orbitálnou a únikovou rýchlosťou na Marse.
Orbitálna sa uvádza 3,36-3,5km/s a úniková 5,03km/s - to je zhruba 45% orbitálnej a únikovej rýchlosti pre Zem.
Takže Mars je zrejme príliš malý a ľahký, než aby si dlhodobo (z pohľadu geologického času) udržal atmosféru.

Zaujímavá je Venuša - je bližšie k Slnku a teda vystavená intenzívnejšiemu pôsobeniu slnečného vetra, napriek tomu si udržala veľmi hustú atmosféru. Unikovú rýchlosť má 10,36km/s, len o málo menej ako Zem. Ale vodu aj tak stratila...
Je pomerne zaujímavé, že percentuálne majú atmosféry Marsu a Venuše dosť podobné zloženie -
Mars 95,3% CO2, 2,7% N2, 1,6% Ar, 0,03% H2O
Venuša 96,5% CO2, 3,5% N2, 0,007% Ar, 0,002% H2O

Zem zrejme mala prapôvodnú atmosféru, ktorá mala percentuálne podobné zloženie ako atmosféry Marsu a Venuše, ale zafungovala tekutá voda a s ňou spojená chémia, ktorá umožnila vyplavenie CO2 z atmosféry dažďom v podobe kyseliny uhličitej a následne reakciu s horninami za tvorby uhličitanov, ktoré sú teraz uložené v zemskej kôre.
Uhličitany a karbonáty tvoria asi 4% hmotnosti zemskej kôry, a je v nich uhlík, ktorý zodpovedá zhruba 2,5.10E20kg CO2. Pre porovanie - hmotnosť atmosféry Venuše je ~4,8.10E20kg, hmotnosť súčasnej atmosféry Zeme je ~5,2.10E18kg, takže v horninách zemskej kôry je viazaný CO2, ktorý zodpovedá zhruba 45 násobku hmotnosti súčasnej atmosféry. Koľko uhličitanov a karbonátov bolo tektonickými procesmi ponorených do zemského plášťa som nenašiel... Ale tiež toho nebude asi málo, vzhľadom na obsah CO2 vo vulkanických plynoch.

[milantos]

Takže to nakonec nebude tak jednoznačné a jednoduché, jak je uvedeno v příspěvku ze 17/12/2024

[Alchymista]

V akom zmysle?

Graf ukazuje obývateľnú zónu definovanú tokom žiarenia v závislosti na spektrálnej triede, a teda žiarivosti a hmotnosti hviezdy, a čiaru "rýchleho vzniku" viazanej rotácie, definovanú predovšetkým hmotnosťou hviezdy. Veľkosť planéty má na vznik viazanej rotácie len malý vplyv, hoci výnimky typu Venuša zjavne existujú - ale viazaná rotácia u nich vzniká iným mechanizmom. Autor grafu neuvádza, akú dobu vzniku viazanej rotácie použil ako "medznú hodnotu". Ale s ohľadom na to, kde čiara končí, sa dá predpokladať, že je to pol miliardy až miliarda rokov - to je totiž doba života hviezd triedy A s hmotnosťou 2-2,5 násobku hmotnosti Slnka.
Navyše, aj z predošlého počítania mi vyšlo, že pri zväčšujúcej sa vzdialenosti planéty od hviezdy má graf doby uzamknutia na určitej vzdialenosti výrazný zlom, kde zmena doby uzamknutia prechádza z rastu po jednotkách a desiatkach percent na rast v násobkoch a rádoch - a rýchlo prekročí pravdepodobnú dobu života hviezdy.

"100 dňová" hypotéza, ktorú som nadhodil, len ďalej obmedzuje obývateľnosť planét v "obývateľnej zóne hviezdy".

Domnievam sa, že takýchto "dodatočných" obmedzení obývateľnosti planét - hoci len definovanej ako prítomnosť tekutej vody na povrchu planéty - sa dá nájsť viac - a je celkom zaujímavé nad nimi premýšľať. Au...

[Alchymista]

K viazanej rotácii je aj ďalšia vec - niektoré Saturnove mesiace
Titan - a=1,22 mil km, "guľovitý" priemer 5150 km je vo viazanej rotácii (ako všetky "klasické" mesiace Saturnu okrem Hyperionu - a zrejme aj všetky bližšie)
Hyperion - a=1,46 mil km, "šišatý" 360 × 266 × 205 km nie je vo viazanej rotácii, ale nerotuje pravidelne - rotácia je označená ako chaotická
Japetus - a=3,56 mil km, "guľovitý" 1492 × 1492 × 1424 km je vo viazanej rotácii

Otázka je, prečo nie je Hyperion vo viazanej rotácii. Možné odpovede sú tri - bráni tomu pravidelné priblíženie k Titanu alebo je Hyperion relatívne nový mesiac v systéme Saturna alebo... je príliš malý a teda relatívne veľmi pevný a teda stráca rotačný moment/rotačnú energiu veľmi pomali (nedokáže ho účinne premeniť na teplo vnútorným trením pri deformáciách gravitačnými silami). To môže platiť univerzálne pre všetky nepravidelné mesiace - ak sa nedokázali "zaguľatiť" vlastnou gravitáciou (do stavu hydrostatickej rovnováhy), sú zároveň "veľmi odolné" voči vzniku viazanej rotácie.