Fråga:
Ytförhållanden för ensamma (oseriösa) planeter
AP2261
2018-11-09 09:16:13 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Frågan Hur upptäcks oseriösa planeter? beskriver svårigheterna med att hitta planeter (eller föremål i planetstorlek) som flyter genom rymden utan att påverkas av något stjärna eller Galaxy-system.

Vad skulle dessa planets möjliga ytförhållanden vara? Kan kemotroft liv uppstå på sådana planeter?

Jag har tagit bort alla frågor om * att hitta sådana objekt och inkluderat länken till den andra frågan så att den här bara handlar om deras ytförhållanden. Bättre att inte ställa två frågor samtidigt på SE-webbplatser.
Två svar:
Mark Olson
2018-11-09 20:21:49 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Rogue planeter har två formningsmekanismer: Oberoende bildning och utstötning.

En oberoende bildad skurkplanet skulle ha kondenserat ut ur nebulärt material av sig själv och inte bildats av en ung stjärns protoplanetära skiva. Vi förstår hur enskilda stjärnmassaobjekt kondenserar och vilka har testats genom observation, men jag är inte medveten om några testade studier som förutsäger den hastighet med vilken jordmassa objekt bildas oberoende. (Vi har verkligen inte observerat en stor population av dem, och de gravitationella mikrolinsestudier som har gjorts skulle ha upptäckt dem om de fanns.) Men eftersom bruna dvärgar är ganska vanliga, verkar det säkert att anta att det finns en befolkning av super-Jupiters som bildas av direkt kondens.

Planeterna som bildas genom utkastning bör sträcka sig i storlek från meteorer ända till super-Jupiters och bör i stort sett likna storleksfördelningen för bundna planeter. (Om små planeter tenderar att vara närmare sin stjärna, kan det vara en viss förspänning mot att de matas ut.)

Planeter matas mestadels ut tidigt i ett systems liv, men det kan hända när som helst i en stjärnas livstid - planetens systemdynamik aldrig blir helt stabil. Och om det finns en nära passage av en annan stjärna eller en stor oseriös planet kan utstötningar inträffa även efter miljarder år av stabilitet. (Se Fritz Leibers "A Pail of Air"!) Men populationen av utkastade planeter är troligen väldigt tungt viktade mot planeter som kastas ut strax efter bildandet.

Skillnaden mellan oberoende bildade och utkastade planeter är viktig för när planet bildar det är väldigt varmt från gravitationsenergin som frigörs i formningen, och troligtvis initialt skadlig för livsformning. Men det svalnar (ytan mycket snabbare än inredningen) och så småningom kan livet bildas.

Om planeten förblir i en omloppsbana runt en stjärna, sjunker yttemperaturen asymptotiskt mot en jämviktstemperatur där summan av stjärnans strålningsinmatning och värmeläckaget från det fortfarande heta inredet balanserar IR-strålningen som läcks ut av planeten i rymden . Ofta kommer det att ligga i ett temperaturintervall där liv kan bildas på ytan.

När en planet har kastats ut kommer jämviktstemperaturen att vara mycket lägre. Till exempel, för jorden vid 4,5 GY, dumpar solens strålning 3000 gånger så mycket energi på jordytan än läckage från inredningen, (se https://en.wikipedia.org/wiki/Earth%27s_internal_heat_budget för detaljer.) Tiden det tar för en jordstorsk skurkplanet att svalna till jordens nuvarande temperatur är i storleksordningen 10 MY och efter det skulle den bara fortsätta att svalna till en yttemperatur i storleksordningen 30K.

Så frågan om liv som bildas på en jordliknande planet är en av om det finns tid innan ytskikten fryser fast, eftersom det verkar stoppa bildandet av liv.

Alla satsningar är avstängda för större planeter som (a) svalnar långsammare och (b) förmodligen har tillräckligt med mer vatten för att ha flytande hav under ytan även efter att ytan fryser fast.

För planetariska kroppar där livet har tid att bildas skulle den enda energikällan vara värmen som läcker ut från det inre antingen direkt på grund av värmen g strålning (en mycket diffus källa) eller indirekt från motsvarigheten till jordens djupa havsöppningar. Det senare verkar mer troligt eftersom de brantare värme- och kemiska potentialgradienterna är mycket lättare att utnyttja.

Hal Clement skrev två vetenskapligt utmärkta berättelser om sådana planeter. En, Star Light , har utomjordingar med hög gravitation som arbetar med människor för att utforska ytan av Dhrawn, en brun dvärg. Den andra var kort skönlitteratur och hade människor som mötte ett intelligent liv som bodde på en närmare jordstorr skurkplanet. (Jag tror att det var "Sortie" och uppföljare, men jag är inte säker.)

I vilket fall som helst verkar det troligt att det skulle finnas ett stort utbud av olika typer av skurkplaneter som potentiellt kan stödja livet.

"Alla spel är avstängda för större planeter" De har också månar ..., men skulle det vara sant för utkastade planeter? Kanske inte. Det finns också (betydande) värme från radioaktivt förfall för steniga kroppar.
"En oberoende bildad skurkplanet skulle ha kondenserat ut ur nebulärt material av sig själv och inte bildats av en ung stjärnas protoplanetära skiva." Vissa skulle hävda att detta inte är en planet, det är en lågmassad brun dvärg. Det finns verkligen inget sätt som små steniga kroppar kan bilda så här.
@Rob Jeffries "Vissa skulle hävda att detta inte är en planet" Den dynamiska definitionen av planeter har fördelen att de är flera tusen år gamla, men ingen annan. Jag tror att det är mycket mer meningsfullt att kalla något en planet baserat på dess fysiska egenskaper. Enligt den dynamiska definitionen skulle jorden upphöra att vara en planet om jorden skulle kastas ut från solsystemet. Ändå skulle det fortfarande studeras av planetologer och inte av stjärnastronomer. Med hänsyn till vad de * säger, * använder nästan alla astronomer den fysiska definitionen snarare än den dynamiska.
@Rob Jeffries: Jag minns vagt att jag läste ett papper som diskuterade utkast och månstabilitet - kanske på ArXiv? Men stabiliteten hos månbanor beror på hur tätt månen var bunden jämfört med tidvattenkrafterna som tenderar att störa systemet. Så det är ganska tydligt att en planet som kastas ut av ett passerande stjärnmassobjekt skulle ta alla utom sina svagast bundna månar med sig, men utkastningar på grund av objekt med lägre massa skulle också ha en tendens att störa satellitsystemet.
"Det finns verkligen inget sätt som små steniga kroppar kan bilda så här." Visst oberoende bildade jordmassiga skurkplaneter kommer att skilja sig väsentligt i sin sammansättning från jorden. (Och intuitivt håller jag med om att det är troligt att Super-Earths är mer sannolika.) Har du sett någon litteratur om detta? Jag tror inte att jag har det - jag minns det ändå inte.
Du missförstår mig. Många av mina kollegor betraktar IAU-definitionen som nonsens av olika skäl. Det (de säger) betyder något är hur objektet bildades - i en protoplanetär skiva eller inte. Det fysiska attributet (som de säger) som definierar en planet är förekomsten av en stenig / isig kärna - som i kärntillväxtmodellen. Det skulle vara pinsamt (för dem) om Jupiter visar sig inte ha en.
När det gäller den andra punkten skulle jag inte ha föreställt mig att du bildar en stenig planet från kollapsen av ett gasmoln som är 98% H och He. Det finns inget som tyder på att bruna dvärgar har något annat än ett "normalt" överflöd. En protoplanetär skiva gör att processen för kemisk differentiering kan inträffa och bildandet av steniga / isiga planeter.
AlaskaRon
2018-11-10 14:55:32 UTC
view on stackexchange narkive permalink

David Stevenson har teoretiserat att en rouge planet skulle kunna matas ut med betydande väte i atmosfären som skulle leda till en högtrycksväteatmosfär. Detta är mycket ogenomskinligt för infraröd och kan tänkbart hålla den lilla internt genererade värmen tillräckligt bra för att vatten skulle kunna finnas på ytan. Här är en sammanfattning av det papperet: Livsuppehållande planeter i det interstellära rymden.

Under planetbildning kan sten- och isembryon i storleksordningen av jordens massa bildas, några av dem kan matas ut från solsystemet när de sprider sig gravitationsmässigt från proto-jätteplaneter. Dessa kroppar kan behålla atmosfärer som är rika på molekylärt väte som vid kylning kan ha ett basaltryck på 102 till 104 bar. Tryckinducerad långinfraröd opacitet av H2 kan förhindra att dessa kroppar eliminerar intern radioaktiv värme utom genom att utveckla en omfattande adiabatisk (utan förlust eller värmeförlust) konvektiv atmosfär. Detta innebär att även om kroppens effektiva temperatur är cirka 30 K, kan dess yttemperatur överstiga vattens smältpunkt. Sådana kroppar kan därför ha vattenhav vars yttryck och temperatur är som de som finns vid basen av jordens hav. Sådana potentiella hem för livet kommer att vara svåra att upptäcka.

Ett annat sådant papper är: Begränsningar av de fritt flytande planeterna som stöder vattenliv, av Viorel Badescu.



Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 4.0-licensen som det distribueras under.
Loading...