Astronomie

Température d'un point substellaire sur une planète sans air bloquée par les marées

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Si les composants d'une planète hypothétique à corps noir étaient solides à toutes les températures, le point substellaire sur la planète sans air verrouillée par les marées (1:1) finirait-il par chauffer jusqu'à la température de surface de l'étoile en orbite ? Ce matériau serait un très mauvais conducteur de chaleur.

De plus, la température sur le point opposé s'approcherait-elle de la température de fond cosmique de 2,7 K ?


La planète atteindrait un équilibre où la quantité de chaleur absorbée est la même que la quantité de chaleur rayonnée. S'il n'y a aucun moyen de transférer de la chaleur sur la planète (pas de conduction, pas d'atmosphère), alors cette condition doit s'appliquer localement.

Le flux rayonné à partir d'une surface de corps noir (en W/m$^2$) est donné par $sigma T^4$, où $sigma$ est la constante de Stefan et $T$ est la température.

Si le point substellaire est une distance $d$ de l'étoile, et la luminosité de l'étoile est donnée par $L simeq 4pi R^2 sigma T_{*}^4$ (en supposant qu'il s'agisse aussi d'un corps noir avec un rayon $R$ et la température $T_*$) et en supposant $d gg R$ pour éviter certains désagréments géométriques inutiles, alors le flux absorbé au point substellaire est $L/4pi d^2$. Le flux est tout absorbé, puisque vous souhaitez assumer un corps noir.

La température du point substellaire à l'équilibre est donc donnée par $$sigma T^4 = frac{4pi R^2 sigma T_*^{4}}{4pi d^2},$$ $$ T = T_* gauche(frac{R}{d}droit)^{1/2}$$

Puisque nous supposons que $d gg R$ alors clairement $T < T_{*}$.

En d'autres points de la surface de la planète, elle recevra un flux réduit de l'étoile, simplement parce que le flux de l'étoile est incident à un angle par rapport à la surface exposée, donc la température d'équilibre sera plus basse.

Du côté non éclairé de la planète, il n'y a pas d'illumination de l'étoile, mais un flux presque isotrope du fond diffus cosmologique égal à $sigma T_{ m CMB}^4$ sur la surface de l'entre. Par conséquent, en l'absence de toute autre source de chaleur, ce côté prendra la température du CMB à l'équilibre.


L'habitabilité est toujours d'actualité sur les exoplanètes terrestres bloquées par les marées

Titre:Le piégeage de l'eau sur les exoplanètes terrestres bloquées par les marées nécessite des conditions spéciales
Auteurs:
Jun Yang, Yonggang Liu, Yongyun Hu et Dorian S. Abbot
Institution du premier auteur :
Université de Chicago
Statut: Accepté à The Astrophysical Journal Letters

Nous avons déjà parlé à plusieurs reprises sur Astrobites des exoplanètes habitables, définies par leur capacité à retenir l'eau liquide à leur surface. Au premier ordre, il s'agit de la zone habitable, également connue sous le nom de "zone Boucles d'or" ou "la distance "juste à droite" à laquelle une planète peut orbiter autour de son étoile où l'eau à la surface de la planète ne gèlera ni ne bouillira. un moyen. Mais la distance de l'étoile (qui se traduit directement par la quantité de rayonnement stellaire reçue par la planète) n'est que l'approximation de premier ordre pour vraiment comprendre l'état de l'eau d'une planète, nous devons comprendre les détails de la planète l'atmosphère et la circulation de la chaleur. Cela dépasse principalement les capacités d'observation d'aujourd'hui, mais nous pouvons appliquer des modèles pour nous dire quels types de planètes sont de bons candidats pour l'habitabilité.

Yang et ses collaborateurs explorent un sous-ensemble spécifique d'exoplanètes : des exoplanètes rocheuses verrouillées par les marées en orbite autour d'étoiles M. Les étoiles M sont de loin le type d'étoile le plus courant, et comme ce sont de petites étoiles froides, leurs zones habitables sont situées à proximité. Cela entraîne un verrouillage des marées pour de nombreuses planètes de la zone habitable. Les planètes verrouillées par les marées orbitent de telle sorte qu'un côté fait toujours face à leur étoile et un côté dans l'espace. Par conséquent, ils ont d'énormes gradients de température entre leurs côtés jour et nuit. La circulation atmosphérique sur ces planètes aura tendance à transporter l'eau du côté jour de la planète (où elle s'évapore) vers le côté nuit (où elle se condense hors de l'atmosphère). Une fois du côté froid de la nuit, il gèlera et sera potentiellement piégé sous forme de glace. Mais quelle quantité de cette eau gèle ? Une fois qu'il gèle, est-il perdu à jamais sous forme liquide ? Pour mieux comprendre ce scénario, les modèles de circulation atmosphérique doivent être combinés avec des modèles décrivant l'écoulement des océans ainsi que les calottes glaciaires terrestres et marines.

Yang et ses collaborateurs utilisent des modèles développés pour étudier le climat de la Terre, qui comprennent des modèles couplés pour étudier l'atmosphère, l'océan, la banquise et la terre. Dans tous les cas, ils examinent une exoplanète typique de la super-Terre avec une période de 37 jours, un rayon de 1,5 rayon terrestre et une gravité 1,38 fois celle de la Terre, mais avec une variété de configurations continent/océan. Ils examinent un monde aquatique sans continents et trois profondeurs océaniques différentes, une planète avec un supercontinent couvrant le côté nuit et un océan du côté jour, avec une élévation et une profondeur uniformes, respectivement, et une planète qui ressemble à la Terre moderne, avec un point substellaire dans les océans Atlantique ou Pacifique, ou en Afrique.

Figure 1. Diagramme montrant la quantité d'eau pour trois types différents de planètes. Sur la gauche se trouve un monde aquatique, où l'eau et la glace sont facilement transportées entre les côtés chauds du jour et froids de la nuit, ce qui entraîne peu de piégeage de glace. Au centre, une planète avec un grand continent couvrant le côté nuit maintient toujours un océan important, car le flux de chaleur élevé de la planète maintient la calotte glaciaire petite. Dans le panneau de droite, également avec un continent côté nuit mais avec un flux de chaleur plus faible, la calotte glaciaire continentale se développe, piégeant la majeure partie de l'eau de la planète. Ce dernier scénario est le pire des cas pour l'habitabilité, mais n'est possible que lorsque le flux de chaleur est faible, les continents sont tous du côté de la nuit et les réservoirs d'eau globaux sont petits par rapport aux réserves d'eau de la Terre. (Crédit : Yang et al. 2014)

Pour le monde aquatique, ils constatent que la glace du côté nuit n'a que 5,4 mètres d'épaisseur, laissant beaucoup d'eau liquide sur la planète. Alors que la glace se forme du côté nuit, elle est également continuellement fondue par les courants océaniques chauds circulant du côté jour et par les vents de surface qui poussent les calottes glaciaires vers le point substellaire plus chaud. Yang ajoute ici des barrières continentales, allant du nord au sud sur les terminateurs est et ouest (les lignes de séparation jour/nuit, un point géographique fixe sur une planète verrouillée par les marées), pour enquêter sur ce qui se passe si le transport océanique et glaciaire est perturbé par une terre. barrière. Dans ce cas, la glace atteint une épaisseur de 1000 mètres, piégeant efficacement l'eau sous forme de glace.

Sur une planète avec un supercontinent du côté nuit de la planète, l'eau piégée sous forme de calotte glaciaire continentale est maximisée pour un faible flux de chaleur géothermique. Pour une planète avec des réserves d'eau et un flux de chaleur de la Terre, environ la moitié de son océan serait piégée dans un tel scénario. Pour une super-Terre, qui aurait probablement un flux de chaleur plus élevé, seul un petit océan, de quelques centaines de mètres d'épaisseur, serait piégé. Voir la figure 1 pour une comparaison entre ce scénario et le monde aquatique.

Figure 2. Pour une planète avec la configuration continentale de la Terre moderne, les épaisseurs de calotte glaciaire sont indiquées pour les océans (à gauche) et les terres (à droite). La barre de couleur montre l'épaisseur de la glace, les contours montrent les températures de l'air en surface de 0, 5 et 7 degrés C, et les flèches indiquent la vitesse de la glace de mer. Le point noir indique le point substellaire. C'est pour une planète à faible flux de chaleur. La plupart des super-terres verrouillées par les marées auraient probablement un flux de chaleur plus élevé, ce qui entraînerait des calottes glaciaires beaucoup plus minces. (Crédit : Yang et al. 2014)

Si moins de continents artificiels sont étudiés, comme la configuration continentale moderne de la Terre, la glace reste

10 mètres d'épaisseur dans la plupart des régions, bien qu'il puisse atteindre

100 mètres dans quelques régions isolées comme la baie de Baffin ou la plupart des mers intérieures. Même les petits passages entre les continents permettent un transport suffisant de la glace de mer et des courants d'eau pour éviter de piéger une quantité critique d'eau dans la glace. Voir la figure 2 pour plus de détails.

En conclusion, les perspectives d'habitabilité de ces planètes bloquées par les marées sont plutôt bonnes ! Les planètes océaniques peuvent transporter efficacement la glace vers le côté jour pour la faire fondre, et même de petites interruptions de la couverture continentale sont suffisantes pour empêcher que des quantités critiques d'eau ne soient piégées dans les calottes glaciaires océaniques ou terrestres. Il sera difficile de détecter les différences entre ces types de planètes par observation, mais l'examen des mesures de réflectivité pourrait indiquer une couverture terre/eau/glace sur les planètes.


3 réponses 3

Étant donné que l'inertie d'une planète est sacrément énorme, la quantité d'énergie nécessaire pour sortir de la rotation synchrone aurait des effets assez cataclysmiques sur la géologie, la géographie, l'écologie et tous les autres aspects de la planète. Même si vous ne vous retrouverez peut-être pas avec une boule de lave incandescente, vous subirez certainement de violents tremblements de terre, des éruptions volcaniques, des bouleversements extrêmes des cycles hydrauliques et atmosphériques, etc. Ce serait vraiment désagréable d'y vivre, c'est le moins qu'on puisse dire.

Puisque vous n'avez pas spécifié à quelle vitesse la planète tournera par la suite, je suppose qu'elle tournera plutôt lentement (seule une quantité "modeste" d'énergie serait nécessaire pour cela, peut-être une étoile à neutrons qui passe ou quelque chose). Étant donné que les forces gravitationnelles opérant sur la planète à partir du soleil restent constantes et actives pendant toute la durée de vie de la planète et de l'étoile, il semble raisonnable de supposer que le système s'installera dans un autre cycle périodique, peut-être comme Mercure avec sa résonance étrange. rotation/période orbitale. Les forces de marée qui ont verrouillé la planète en rotation synchrone en premier lieu seront toujours en action.

Comme pour toute vie sur la planète, tout ce qui a évolué pour un mode de vie sédentaire basé sur son emplacement par rapport au "pôle chaud" s'éteindra très probablement, et la plupart des formes de vie plus grandes qui paissaient sur toute végétation qui remplissait cette niche écologique, et tous les prédateurs, parasites, symbiotes, etc. qui participent à cette partie du réseau écologique disparaîtront également. Votre planète sera très probablement réduite à l'équivalent de lichen et de mousse pendant des éons alors que les cycles hydrauliques et atmosphériques se rétabliront dans un nouvel équilibre et que l'écologie pourra se stabiliser.

Soit dit en passant, étant donné la proximité de la planète avec l'étoile, la libération d'assez d'énergie pour briser la rotation synchrone de la planète sera très probablement également distribuée à l'étoile, donc en plus de tout le reste, l'étoile pourrait avoir beaucoup plus activité et stériliser la planète avec de violentes éruptions, rendant une grande partie de ce qui a été écrit ci-dessus sans objet.


Température d'un point substellaire sur une planète sans air bloquée par les marées - Astronomie

Les planètes à courte période présentent des contrastes de température jour-nuit de centaines à milliers de kelvins. Ils présentent également des décalages de points chauds vers l'est, la région la plus chaude de la planète étant à l'est du point substellaire 1, ce qui a été largement interprété comme une advection de chaleur due aux vents vers l'est 2 . Nous présentons des observations de phase thermique du Jupiter CoRoT-2b chaud obtenues avec la caméra infrarouge (IRAC) sur le télescope spatial Spitzer. Ces mesures montrent la détection la plus robuste à ce jour d'un décalage de point chaud vers l'ouest de 23 ± 4°, contrairement aux neuf autres planètes avec des mesures équivalentes 3-10. La carte particulière du flux infrarouge de CoRoT-2b peut résulter de vents d'ouest dus à une rotation non synchrone 11 ou à des effets magnétiques 12,13, ou à une couverture nuageuse partielle, qui masquent le flux émergent de l'hémisphère oriental de la planète 14-17. La rotation non synchrone et les effets magnétiques peuvent également expliquer le rayon anormalement grand de la planète 12,18. D'un autre côté, une couverture nuageuse partielle pourrait expliquer le spectre d'émission diurne sans particularité de la planète 19,20 . Si CoRoT-2b n'est pas verrouillé par les marées, cela signifie que notre compréhension de l'interaction des marées étoile-planète est incomplète. Si le décalage vers l'ouest est dû à des effets magnétiques, notre résultat représente une opportunité d'étudier le champ magnétique d'une exoplanète. S'il a des nuages ​​à l'est, cela signifie qu'une meilleure compréhension de la circulation à grande échelle sur les planètes verrouillées par les marées est nécessaire.


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Contraintes multi-longueurs d'onde sur les schémas de circulation jour-nuit de HD 189733b. / Knutson, Heather A. Charbonneau, David Cowan, Nicolas B. Fortney, Jonathan J. Showman, Adam P. Agol, Eric Henry, Gregory W. Everett, Mark E. Allen, Lori E.

Dans : Astrophysical Journal, Vol. 690, n° 1, 2009, p. 822-836.

Résultats de recherche : Contribution à la revue › Article › peer-review

T1 - Contraintes multi-longueurs d'onde sur les schémas de circulation jour-nuit de HD 189733b

N2 - Nous présentons de nouvelles observations Spitzer de la variation de phase du Jupiter HD 189733b chaud dans la bande passante MIPS 24 m, couvrant la même partie de l'orbite de la planète que nos précédentes observations dans la bande passante IRAC 8 m (Knutson et al. 2007). Nous constatons que le flux minimal moyen de l'hémisphère de la planète dans cette bande passante est de 76% ± 3% du flux maximal, ce qui correspond à des températures de luminosité minimale et maximale moyennes de l'hémisphère de 984 ± 48 K et 1220 ± 47 K, respectivement. La planète atteint son flux maximum à une phase orbitale de 0,396 ± 0,022, correspondant à une région chaude décalée de 20°-30° à l'est du point substellaire. Parce que les Jupiters chauds verrouillés par les marées auraient d'énormes différences de température jour-nuit en l'absence de vents, la faible amplitude de la variation de phase observée indique que l'atmosphère de la planète transporte efficacement l'énergie thermique du côté jour vers le côté nuit à la photosphère de 24 μm, conduisant à de modestes écarts de température jour-nuit. Les similitudes entre les courbes de phase de 8 et 24 m pour HD 189733b nous amènent à conclure que la circulation sur cette planète se comporte de façon fondamentalement similaire dans toute la gamme de pressions captées par ces deux longueurs d'onde. Les modèles de transfert radiatif unidimensionnel indiquent que la bande de 8 μm devrait sonder des pressions 2 à 3 fois supérieures à celles de 24 m, bien que l'abondance incertaine du méthane complique l'interprétation. Si ces deux bandes passantes sondent des pressions différentes, cela indiquerait que la température ne varie que faiblement entre les deux profondeurs captées, et donc que l'atmosphère n'est pas convective à ces altitudes. Nous présentons également une analyse de la contribution possible des taches stellaires à la série temporelle à la fois à 8 et 24 μm sur la base d'observations au sol quasi simultanées et d'observations supplémentaires de Spitzer. La prise en compte des effets de ces taches se traduit par une température nocturne légèrement plus élevée pour la planète dans les deux bandes passantes, mais n'affecte pas autrement nos conclusions.

AB - Nous présentons de nouvelles observations Spitzer de la variation de phase du Jupiter HD 189733b chaud dans la bande passante MIPS 24 m, couvrant la même partie de l'orbite de la planète que nos précédentes observations dans la bande passante IRAC 8 m (Knutson et al. 2007). Nous constatons que le flux minimal moyen de l'hémisphère de la planète dans cette bande passante est de 76% ± 3% du flux maximal, ce qui correspond à des températures de luminosité minimale et maximale moyennes de l'hémisphère de 984 ± 48 K et 1220 ± 47 K, respectivement. La planète atteint son flux maximum à une phase orbitale de 0,396 ± 0,022, correspondant à une région chaude décalée de 20°-30° à l'est du point substellaire. Parce que les Jupiters chauds verrouillés par les marées auraient d'énormes différences de température jour-nuit en l'absence de vents, la faible amplitude de la variation de phase observée indique que l'atmosphère de la planète transporte efficacement l'énergie thermique du côté jour vers le côté nuit à la photosphère de 24 μm, conduisant à de modestes écarts de température jour-nuit. Les similitudes entre les courbes de phase de 8 et 24 m pour HD 189733b nous amènent à conclure que la circulation sur cette planète se comporte de façon fondamentalement similaire dans toute la gamme de pressions captées par ces deux longueurs d'onde. Les modèles de transfert radiatif unidimensionnel indiquent que la bande de 8 μm devrait sonder des pressions 2 à 3 fois supérieures à celles de 24 m, bien que l'abondance incertaine du méthane complique l'interprétation. Si ces deux bandes passantes sondent des pressions différentes, cela indiquerait que la température ne varie que faiblement entre les deux profondeurs captées, et donc que l'atmosphère n'est pas convective à ces altitudes. Nous présentons également une analyse de la contribution possible des taches stellaires à la série temporelle à la fois à 8 et 24 μm sur la base d'observations au sol quasi simultanées et d'observations supplémentaires de Spitzer. La prise en compte des effets de ces taches se traduit par une température nocturne légèrement plus élevée pour la planète dans les deux bandes passantes, mais n'affecte pas autrement nos conclusions.


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La vie sur une planète bloquée par les marées ?

(EDIT: Dans ce scénario, la planète est verrouillée par la marée sur le soleil.) J'écris une histoire et elle se déroule sur une planète similaire à gliese 581c. Je veux m'assurer que les caractéristiques du temps, de l'atmosphère, etc. sont exactes. En fin de compte, je comprends que nous ne pouvons que spéculer sur les réponses jusqu'à ce que nous puissions commencer à envoyer des sondes sur ce genre de planètes pour avoir une idée de ce à quoi elles ressemblent, mais j'essaie d'être aussi scientifiquement précis que possible. Toute aide que je peux recevoir pour m'assurer que je décris ce type d'environnement hypothétique de manière appropriée est appréciée.

J'ai fait des recherches sur ce qui serait nécessaire pour qu'une planète verrouillée par les marées supporte la vie. D'après ma compréhension de ce que j'ai lu, une planète verrouillée par les marées devrait être sur une orbite étroite autour d'une étoile naine rouge. Il faudrait une ou plusieurs lunes pour générer des courants et des marées dans les océans de la planète. Ceux-ci devraient passer du côté nuit au côté jour et inversement pour transférer la chaleur et créer un climat durable. Le noyau devrait être magnétisé pour que la planète ait une atmosphère suffisamment épaisse pour supporter la vie, et les vents mondiaux élevés devraient voyager assez vite pour faire circuler l'air chaud et froid et empêcher les températures d'atteindre des extrêmes de part et d'autre de la planète. La plupart de la vie existerait dans une zone habitable le long de l'anneau terminal (la "zone crépusculaire") avec des extrêmophiles habitant les zones les plus extrêmes de la planète.

C'est plus ou moins la somme de ce que j'ai pu apprendre en naviguant sur Internet. Je suis curieux de savoir dans quelle mesure cela est exact et à quel point j'ai manqué ou tiré des conclusions incorrectes. Est-ce que tout cela est exact ?

Maintenant, pour les questions plus approfondies auxquelles je n'arrive pas à trouver de réponses solides. Je m'excuse si certaines de mes phrases deviennent un peu répétitives. N'hésitez pas à répondre à autant ou aussi peu de ces questions que vous le souhaitez.

Une naine rouge ferait-elle tendre les couleurs des plantes vers le rouge, le violet ou l'orange, par opposition aux verts que nous associons à un feuillage sain ? Qu'en est-il du teint des gens ? S'ils se trouvent dans une zone habitable limitée, cela créerait-il plus ou moins de variation ?

Les océans pourraient-ils s'étendre sur la majeure partie de la planète ou auraient-ils également une portée limitée ?

Les choses seraient-elles plus venteuses sur ce genre de planète ? Y aurait-il des tempêtes de vent ou des pluies plus fréquentes ? Serait-ce nuageux fréquemment? Des tornades ? Peut-être une condition météorologique unique que nous ne voyons pas sur Terre ?

Quelles sortes de vie seraient les plus courantes ? La vie se développerait-elle dans les régions les plus extrêmes ?

Sans cycle jour/nuit, la vie développerait-elle un rythme circadien ? Verrions-nous des espèces qui ne dorment pas ?

Encore une fois, j'apprécie toute aide que je peux recevoir avec cela. Je veux que le cadre de cette histoire soit aussi précis que possible.

Les mathématiques ici et la compréhension scientifique nécessaires sont assez impressionnantes et difficiles. J'ai peu ou pas d'expérience, à part comprendre le verrouillage des marées, mais je peux peut-être vous aider à vous orienter dans la bonne direction.

Taille de la lune : Le verrouillage mutuel des marées (terme technique incertain, peut-être double), comme Charon et Pluton, se produit lorsque les deux corps ont à peu près la même taille ou la même gravité. S'il s'agit d'une lune, je suppose que cela signifierait que la lune semblerait très grande. Selon cela (les calculs sont faits correctement), https://www.quora.com/How-large-does-the-moon-Charon-appear-in-Plutos-sky-and-would-light-from-Charon- être assez pour projeter une ombre sur Pluton, le charon semblerait être environ 8 fois plus gros que la lune sur Terre. Cela signifie également qu'elle serait probablement un peu plus lumineuse que la lune.

Les calculs nécessaires pour la précision et tout ce que vous voulez sont un peu ridicules : Le problème mathématique de la taille, de la densité et des distances relatives du soleil, de la planète et de la lune est déjà assez difficile en soi. Vous dites que vous voulez plusieurs lunes pour mieux faire circuler l'air, mais je ne pense pas que vous puissiez le faire. Il est soit verrouillé par la marée, soit non. Je pense que vous lui demandez de changer son verrouillage de marée quotidiennement. Ce genre de chose prend très, très longtemps. De l'ordre de centaines de milliers à des centaines de millions d'années pour des corps de taille égale. Je ne suis pas un expert, cependant.

Trouvez de meilleurs endroits, des endroits plus spécifiques : Je vous suggère d'apporter cela à https://astronomy.stackexchange.com/ ou à d'autres forums d'astrophysique ou d'astronomie. Vous pouvez même contacter des professeurs locaux.

Conditions planétaires: J'ai du mal à croire que la planète ne connaîtrait pas des vents extrêmes. Cela dépend de la chaleur du soleil et de la taille de la planète. Imaginez que la planète-lune est verrouillée par la marée et se fait face. Imaginez qu'il y a un soleil et un anneau concentrique autour de lui. Le long de l'anneau concentrique, la planète-lune tourne/danse tout en étant verrouillée l'une à l'autre (jours) et tourne à la même vitesse qu'elle voyage le long de l'anneau à une autre vitesse (années). Cela permettrait au soleil de chauffer la planète. Je ne sais pas si cela a du sens. C'est difficile à expliquer. Il y aurait un moment où la lune gênerait partiellement le soleil, ce qui signifierait qu'il ferait plus frais pendant une certaine saison. JE NE FAIS PAS maintenant si ce problème à trois corps est possible mathématiquement/physiquement, mais je peux au moins imaginer qu'il se produise.

J'espère que certaines de ces aides du tout.

Eh bien, cela me donne certainement matière à travailler du point de vue de l'écriture. J'apprécie aussi la direction que cela me donne. Donc merci.

En guise de rectification. Le "verrouillage mutuel des marées" (équilibre des marées) peut et se produira toujours entre deux corps pendant un laps de temps suffisamment long. Le plus petit corps se verrouillera sur le plus grand. Ensuite, il y aura un échange continu d'impulsion orbitale et de rotation des corps jusqu'à ce que le plus grand soit verrouillé sur le plus petit.

OP ne parle-t-il pas de verrouillage des marées sur l'étoile, et non entre les lunes et la planète ?

Une lune n'est probablement pas nécessaire. Cependant, s'il a une lune assez grande et suffisamment proche, je pense que cela pourrait éviter le verrouillage de la marée sur le soleil s'il se verrouille à la place sur la lune.

La lumière du soleil ne serait pas très différente de la nôtre. Ce serait une nuance de blanc plus chaud, semblable à une ampoule à incandescence (la température du filament est comparable à celle de la surface d'une étoile naine rouge). Le soleil nain rouge lui-même serait plus grand que notre soleil n'apparaît dans le ciel. Les éruptions solaires seront probablement beaucoup plus fortes que celles que nous connaissons, donc je m'attendrais à des aurores fréquentes visibles sur une grande partie du côté nocturne de la planète.

Les plantes peuvent être vertes ou d'une autre couleur. Je ne sais pas s'il y a une raison de penser que les plantes qui ont évolué sous un soleil nain rouge préféreraient des couleurs différentes. Je ne suis pas sûr des niveaux d'UV à la surface. Cela dépend aussi de l'ambiance. Mais oui, je m'attendrais à moins de variation parmi ceux du côté jour de la zone habitable, mais peut-être que certains vivent juste du côté nuit où la température est encore assez chaude et il y a un peu de lumière, mais ils ne voient jamais le soleil.

L'océan peut être aussi vaste que vous le souhaitez. Il peut couvrir toute la planète ou il peut y avoir de petites mers. Tout dépend de la quantité d'eau dont dispose la planète. Les océans du côté nuit seraient probablement gelés et le côté jour serait très chaud, peut-être similaire au Sahara. Le temps serait très probablement couvert sur une grande partie du côté jour, ce qui aiderait à maintenir les températures modérées. Il y aurait des vents transférant la chaleur du côté jour vers le côté nuit, mais les simulations que j'ai vues n'ont pas de vents extrêmes.

La vie nocturne ne pouvait pas compter sur la photosynthèse. Il pourrait tirer son énergie des volcans sous-marins, comme le font certaines vies sur Terre, ou manger des choses que les courants océaniques apportent du côté jour, comme la vie au fond de notre océan mange des choses qui tombent près de la surface. Je pense qu'il est possible qu'une planète naine rouge bloquée par les marées ait de la vie sur toute sa surface, et il est également possible qu'elle ait de grandes régions inhabitables.

Si vous ne l'avez pas encore lu, cet article peut être utile pour un aperçu et pour les articles de la section références :

C'est bien utile ! Merci.

L'étoile ne doit pas nécessairement être une naine rouge. Nous nous attendons à ce que les planètes bloquées par les marées de la zone habitable soient plus courantes autour de telles étoiles, mais cela pourrait éventuellement se produire autour d'une étoile plus grande si la planète se forme avec un taux de rotation initial lent.

La lune n'est pas nécessaire pour faire circuler la chaleur. L'atmosphère formera ses propres courants de convection qui maintiendront le côté nocturne au-dessus d'environ 240 K. Cela entraînerait des vents constants mais pas les coups de vent intenses que nous pensions auparavant nécessaires. L'habitabilité pourrait s'étendre bien au-delà de la zone crépusculaire, en principe toute la journée pourrait être habitable dans une certaine mesure.

La présence d'une grande lune pourrait en fait empêcher le verrouillage de la marée sur l'étoile, ou sinon le processus de verrouillage de la marée peut provoquer l'éjection de la lune de l'orbite, donc je ne m'attendrais pas à ce qu'ils soient communs pour de telles planètes.

Some people have speculated that plants on a planet around a red dwarf would be black, to absorb as much visible light as possible, but we're not too sure. It's not clear to what extent there's a reason green plants are dominant on Earth and to what extent it's just sort of a historical accident. Red and purple photosynthesizers have been more prevalent at certain points in the distant past.

Human skin tone appears to have little function other than to manage our UV exposure making sure its not high enough to damage our skin but still enough to help in vitamin D production. A red dwarf produces little UV light, so humans coming from Earth might need supplements or artificial UV light, but any human-like creatures that evolved there would never come to rely on sunlight for vitamin production in the first place. Other than that, animal color schemes might be overall shifted into red, which will show up better, but not as much as you might think an old incandescent light bulb produces the same spectrum of light as a typical red dwarf star (human color perception tends to adjust to the environment).

Oceans can extend as far or as little as you want. The planet could be completely covered in ocean or water could be limited to a few small lakes with islands of habitability around them (bizarrely the latter case may be more likely to support life, but for esoteric reasons). Any oceans on the nightside will naturally be covered in a layer of ice, but there could be some life there around hydrothermal vents on the ocean floor.

In terms of weather, you would expect a more-or-less permanent cloud formation around the substellar point, at the center of the day side. The high albedo of this cloud formation actually does a lot of the work of keeping the global climate stable and reducing temperature variation. If the orbital period is short, and therefore rotation is relatively fast, this formation can be "smeared" across the equator to some extent. That first source I linked has some helpful diagrams. Other than that, there are various controls on the climate that could cause rain and storms to be more, less, or as common as they are on Earth.

We can't really predict exactly what life would develop. On the dayside, it could more-or-less resemble what we see on Earth, but on the nightside it would never be more than extremophiles.

No day/night cycle means no circadian rythm (Though if the planet has some axial tilt or orbital eccentricity it could have a day/night cycle in thin strips in the twilight zone, with the star oscillating just above and just below the horizon over the course of the year). We don't know if sleep is necessary for intelligent life, but if it is we might expect such life on this world to have sleep patterns like a dolphin, where some section of the brain is always aware at any one time.


Researchers extend capabilities of computer simulation of tidally locked exoplanets

Distributions spatiales de la fraction de glace de mer et de la température de l'air en surface. (Left) Sea-ice fraction (unit, %) (Right) surface air temperature (unit, °C) (Upper) 355 ppmv CO2 and (Lower) 200,000 ppmv CO2. In A and B, arrows indicate wind velocity at the lowest level of the atmospheric model (990 hPa), with a length scale of 15 m s−1 . In C and D, arrows indicate ocean surface current velocity, with a length scale of 3 m s−1 . Notez que l'échelle de couleurs pour la température de l'air de surface n'est pas linéaire. Le point substellaire est à l'équateur et à 180° de longitude. Credit: PNAS, Yongyun Hu, doi: 10.1073/pnas.1315215111

(Phys.org) —A pair of researchers at Peking University in Beijing China, has extended the capabilities of an existing computer simulation that is used to study tidally locked exoplanets. In their paper published in Proceedings of the National Academy of Sciences, Yongyun Hu and Jun Yang describe the improvements they've made and also how those improvements give a new perspective on the range of possible tidally locked exoplanets that may be habitable.

Prior to this new effort, most computer models that sought to recreate the conditions that exist on exoplanets that are tidally locked (they don't spin, thus only one side ever faces their star) relied mostly on the impact of atmospheric conditions. The new enhancements include possible impacts of ocean currents.

The main goal of the upgraded model is, like many others, to allow for predicting the likelihood of life existing somewhere other than here on Earth. Tidally locked exoplanets present a challenging prospect—on one hand, the side that points towards the star is likely warm enough to support life—on the other, the cold side may be so cold that gases freeze and are lost to space preventing the evolution of an atmosphere.

To try to get a better handle on what may go on with such exoplanets, the researchers extracted parts of models that try to predict ocean behavior here on Earth. Those parts were then modified to more accurately reflect what has actually been observed, namely, smaller, colder and less feature rich worlds.

Tidally locked exoplanets generally exist close to a red dwarf star—they get locked because they move so close to their star. This means that the amount of heat hitting the star is much less, relatively speaking, than it would be for a planet that wasn't locked, because its star is colder. Space scientists tend to refer to such planets that might hold the potential for life as an "Eyeball Earth," because the dark side resembles a pupil.

The enhanced model, the team reports, allows for changing parameters (such as CO2 levels) and then for allowing many simulated years to pass to see what evolves as a result. Doing so, the team says, shows that given the right set of circumstances, heat from oceans can be transported around the globe allowing for a warmer planet than has been predicted before, though most outcomes suggest a narrower habitable zone.

The researchers note that much more work needs to be done on their model and others, noting that many are still too simplistic to render true approximations. One area of concern is that most models don't take into account land formations or uneven ocean bottoms, both of which can impact ocean currents and hence heat transfer.

Abstrait
The distinctive feature of tidally locked exoplanets is the very uneven heating by stellar radiation between the dayside and nightside. Previous work has focused on the role of atmospheric heat transport in preventing atmospheric collapse on the nightside for terrestrial exoplanets in the habitable zone around M dwarfs. In the present paper, we carry out simulations with a fully coupled atmosphere–ocean general circulation model to investigate the role of ocean heat transport in climate states of tidally locked habitable exoplanets around M dwarfs. Our simulation results demonstrate that ocean heat transport substantially extends the area of open water along the equator, showing a lobster-like spatial pattern of open water, instead of an "eyeball." For sufficiently high-level greenhouse gases or strong stellar radiation, ocean heat transport can even lead to complete deglaciation of the nightside. Our simulations also suggest that ocean heat transport likely narrows the width of M dwarfs' habitable zone. This study provides a demonstration of the importance of exooceanography in determining climate states and habitability of exoplanets.


Scientists Mull the Astrobiological Implications of an Airless Alien Planet

Astronomer Laura Kreidberg admits she was initially a bit worried about her latest results. Examinations of a planet orbiting the red dwarf star LHS 3844 seemed to indicate that the rocky super-Earth, 30 percent larger than our world, possessed little or no atmosphere.

Kreidberg&rsquos concern stemmed from the fact that researchers are in the midst of a heated debate about the habitability of planets around red dwarfs, which make up 70 percent of the stars in our galaxy. A universe teeming with life is more likely if the worlds orbiting these diminutive entities, which are smaller and cooler than our sun, could be a good abode for biology.

But red dwarfs are harsh hosts, emitting frequent flares containing x-rays and ultraviolet radiation that could sterilize a planet, as well as energetic stellar winds that can strip it of its protective atmosphere. Kreidberg and her colleagues&rsquo findings, which appeared in August in Nature, could be seen as a mark against the idea that planets around small red stars could provide a nurturing environment.

In recent years, astronomers have announced numerous exciting discoveries regarding red dwarfs, such as Proxima Centauri b, a potentially habitable planet orbiting our sun&rsquos nearest star, and the TRAPPIST-1 system, which contains a whopping seven Earth-sized worlds. Red dwarfs are not only abundant but are also the longest-living stars, with a lifetime that can span 10 trillion years&mdash1,000-fold longer than that of our sun. Should a biosphere arise on a red dwarf world, it might stick around for an exceptionally long time.

Astronomers are therefore interested to know whether or not red dwarfs&rsquo planets are good places to go looking for living creatures. &ldquoTo have life as we know it, you need to have liquid water,&rdquo says Abraham Loeb, a co-author of the Nature study and an astrophysicist at the Center for Astrophysics at Harvard University and the Smithsonian Institution (CfA). &ldquoIn order to have liquid water, you need an atmosphere.&rdquo

Kreidberg, who is also at the CfA, has been in the daily habit of checking for new results from NASA&rsquos Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), a space-based observatory hunting for nearby planets that &ldquotransit&rdquo their host stars&mdashflitting across the faces of those stellar hosts and casting shadows toward our solar system. Among TESS&rsquos first discoveries was the rocky world LHS 3844 b, located just under 49 light-years away, and Kreidberg quickly recognized that it was in an ideal position to test the atmospheric-retention capabilities of red dwarf exoplanets.

LHS 3844 b orbits incredibly close to its parent star, zipping around in a mere 11 hours. This orbit more or less guarantees that the star&rsquos gravitational pull has tidally locked the planet, meaning one side of the world always faces the star. The exoplanet&rsquos dayside is scorching, while its space-facing hemisphere sits out in the cold.

But while the exoplanet experiences 70 times more radiation than Earth, Kreidberg says it would not necessarily lose its atmosphere at this distance. For instance, an envelope of thick carbon dioxide could be heavy enough to endure the bombardment from the nearby star. Or the world might have once contained a vast ocean that was boiled off by the intense starlight, which also would have split the water into its constituent molecules. The lighter hydrogen could have drifted away, leaving an atmosphere of pure oxygen.

Although the researchers could not directly see the planet, using NASA&rsquos infrared Spitzer Space Telescope, they were able effectively take its temperature, detecting a periodic variation in the thermal emissions from its host star that was caused by the planet&rsquos orbital movements. Much like the moon in our sky, LHS 3844 b shows different faces to observers on Earth as it sweeps through its orbit: at turns, it displays its hotter dayside or its colder nightside, which subtly alters the amount of infrared radiation astronomers see emanating from the star. The planet also passes completely behind its star for a portion of its orbit, as seen from Earth, entirely removing its heat from view and allowing scientists to determine its total contribution to the star&rsquos thermal emissions. Based on these measurements, Kreidberg&rsquos team estimated the temperature of the planet&rsquos nightside as a freezing &ndash273 degrees Celsius and that of its days as a fiery 767 degrees C.

The presence of a regulating atmosphere should allow heat to transfer between hemispheres, reducing such extremes. But computer models suggested that LHS 3844 b&rsquos temperature differences could only arise and persist if the planet had an extremely thin atmosphere, with, at most, a 10th of the pressure of Earth&rsquos and likely none at all.

A great deal of theoretical work has already implied that worlds orbiting red dwarfs would have a hard time forming or retaining significant atmospheres because of the extreme environment, says Colin Johnstone, an astrophysicist at the University of Vienna, who was not involved in the new study. But what the characteristics of a close-in planet such as LHS 3844 b means for places such as TRAPPIST-1&rsquos worlds or Proxima Centauri b, which orbit farther from their parent star, is not entirely clear.

&ldquoIt&rsquos one more piece of evidence suggesting that these stars aren&rsquot going to have habitable planets,&rdquo Johnstone says, though he cautions against making sweeping judgments based on a single example.

Because LHS 3844 b is far inside the traditional habitable zone&mdasha region around a star where a planet is sufficiently warmed by starlight to have liquid water on its surface&mdashthe null result does not much phase Tiffany Jansen, an astronomy Ph.D. candidate at Columbia University, who also was not involved in the recent work.

&ldquoThe discovery of a lack of an atmosphere on this planet doesn&rsquot make it any less likely that planets in the habitable zone would have an atmosphere,&rdquo she says.

But Loeb counters that what happens in the immediate vicinity of a red dwarf star is relevant to more remote planets. He has previously done theoretical calculations suggesting that red dwarfs are prone to blow away the atmospheres of exoplanets in their habitable zone. Even though LHS 3844 b is a single example and is much closer to its star than a habitable planet could be, it provides important evidence that atmospheric stripping takes place. And extrapolations imply similar outcomes can be expected farther out, Loeb says.

The discussion will probably rage on until astronomers can examine more cases. The upcoming James Webb Space Telescope (JWST), an infrared observatory whose mirror will have 6.25 times the light-collecting power of the Hubble Space Telescope, will be revolutionary in its ability to measure heat from distant exoplanets, Kreidberg says.

Other teams have already committed to using time during JWST&rsquos first year to examine the temperature of the planets TRAPPIST-1 b&mdashfound in the TRAPPIST-1 system&mdashand Gliese 1132 b&mdashwhich also orbits a red dwarf. The telescope is currently scheduled to launch in 2021, and it will be joined by powerful 30-meter-class ground-based observatories, expected to come online early next decade, that can conduct similar research.

Kreidberg&rsquos preliminary disappointment about LHS 3844 b eventually dissipated. &ldquoIf you were an alien looking at our solar system and saw Mercury, you&rsquod be a little discouraged,&rdquo she says, but our cosmic backyard contains a wide diversity of atmospheres.

Researchers are still coming to understand just how planetary atmospheres arise, and a great deal remains unknown. &ldquoFor every idea for how to get rid of an atmosphere on a planet, there&rsquos another for how to keep it or make a new one,&rdquo Kreidberg says. &ldquoI don&rsquot think this counts as a victory point for the naysayers just yet.&rdquo


Voir la vidéo: POURQUOI Y A-T-IL DES SAISONS? (Février 2023).