Встретился такой вопрос на #Яндекс.Кью. Поясняю.
Это, прежде всего, должен был бы быть или ОЧЕНЬ, или ОЧЕНЬ-ОЧЕНЬ большой газовый гигант. Настолько, что это, в общем, была бы уже не планета - газовый гигант, а субзвезда - коричневый карлик.
По расчётам выходит, что спутниковая система (мы же о спутнике, а не о компоненте двойной планеты?) не может иметь массу больше, чем одну пятитысячную от планетной*. Так в Солнечной системе и выходит. Масса Титана - примерно 1/5000 массы Сатурна (0,02%), а все галилеевские спутники Юпитера вместе - примерно такая же доля от массы Юпитера.
У нас, таким образом, если сравнивать с теми случаями, которые мы непосредственно можем наблюдать, возможны два варианта:
- Центральное тело - газовый гигант - и Земля соотносятся как Сатурн и Титан, то есть практически вся масса спутниковой системы сосредоточена в Земле. Тогда гигант получается просто ОЧЕНЬ большой.
- В спутниковой системе есть несколько объектов, сравнимых по массе с Землёй, то есть центральное тело и Земля соотносятся как Ио/Европа/Ганимед/Каллисто и Юпитер. Тогда гигант нужен уже ОЧЕНЬ-ОЧЕНЬ большой.
Рассмотрим оба варианта.
Вариант 1: "Земля" как единственный крупный спутник
Если бы у нас был гигант юпитерианской массы, то он мог бы породить спутник раз в 15 легче Земли. Юпитер в 318 раз тяжелее Земли, то есть его единственная "планета" должна была бы иметь массу 318/5000 = 0.0636 земной. Большой спутник, да: примерно 2/3 Марса, и даже массивнее Меркурия. Но, извините, это и отдалённо не "Земля". Для "Земли" нужен гигант, тяжелее Юпитера в те же 15 (!) раз.
Между тем, граница между планетой-гигантом и коричневым карликом проходит на уровне примерно в 13 масс Юпитера (12,57, если точнее).
Это означает, что на ранней фазе эволюции центральное тело (пусть будет ЦТ) было самосветящимся. Юпитер тоже был короткое время самосветящимся**, но тут этот период во много раз длительнее. Это могло привести к дефициту воды в центральной части протоспутникового диска. Но ладно - допустим, воды хватило.
Но в любом случае ЦТ - субзвезда, хоть и сильно остывшая. То есть может в какой-то степени греть обращённое к ней полушарие.
Разумеется, относительно ЦТ спутник не вращается - так же, как все спутники Юпитера и Сатурна. Это означает, что - в зависимости от орбиты - сутки на нём будут довольно длинными, с существенными перепадами температуры между днём и ночью. У реального Титана период обращения вокруг Сатурна и собственной оси - около 16 дней. У Галилеевых спутников Юпитера - от 1.7 до 7.15 земных суток.
А в нашем гипотетическом случае орбита пропорционально больше! То есть сутки измеряются неделями. В лучшем случае - одной неделей. В полушарии, обращённом к ЦТ, перепады температур меньше, и вообще полушария по климату различаются. То есть это уже не сказать, чтоб "Земля" была (другая ситуация!).
Кроме того, у коричневого карлика (пусть будет КК), даже остывшего, будет мощнейшее магнитное поле, на порядки превосходящее юпитерианское (юпитерианское, Карл!). Именно это показывают наблюдения за реальными КК***. Видимо, причина в том, что, в разы превосходя по массе Юпитер, по размеру КК его не превосходят, то есть плотность вещества в их недрах очень велика.
Это всё подразумевает и мощнейшие радиационные пояса - пропорционально превосходящие юпитерианские, не говоря уже о земных. Наверное, у аналога Земли есть собственное магнитное поле, защищающее её обычно от радиационных ударов. Но не факт, что очень сильное: мощность МП при прочих равных коррелирует со скоростью вращения планеты, которая в этой ситуации будет меньше. Но иногда и эта защита слабеет: в моменты инверсии магнитных полюсов (у нас они происходят раз в 1-2 миллиона лет). Это в сумме приводит к тому, что "выжигание" воды идёт быстрее. Есть некоторый риск превращения планеты в итоге в аналог Венеры****.
В общем, риски довольно большие: планета не должна слишком медленно вращаться, она не должна оказаться выжжена, там исходно не должно оказаться слишком мало воды, не должно быть слишком больших климатических различий между полушариями... И всё равно она при том будет сильно отличаться от Земли. Животные довольно поздно отойдут от воды - из-за перепадов температуры на суше, по той же причине будут тяготеть к гигантизму*****...
Ну и, если там возникнет цивилизация, у её представителей будут проблемы с астрономическими наблюдениями (полярные сияния мешают), а также - в особенности - с выходом в космос (опять же - радиационные пояса).
Вариант 2: "Земля" - один из нескольких крупных спутников
Тут уже БОЛЬШОЙ коричневый карлик - с 60 Юпитеров, спектрального класса Т, если не L. Самосветящийся, синевато-розоватого оттенка (а то и собственно коричневатого). Может быть, подостывший, но тем не менее дающий ещё много тепла.
То есть для жизнепригодности его спутник уже должен отстоять от звезды значительно дальше, чем "Земля" без такого компаньона (иначе будет слишком жарко). Или же спутник надо ставить на очень высокую орбиту вокруг ЦТ (и сутки будут длиться месяцами, а магнитное поле занулится...).
И материнская звезда - это уже не "Солнце": вероятнее всего, для столь мощного протопланетного диска она должна возникнуть не путём сжатия протозвёздной туманности, а путём слияния сверхтесной звёздной пары******. Ну или это исходно должна быть двойная звезда (с очень маленьким меньшим компонентом).
При этом, если в спутниковой системе несколько тел калибра Земли, то они ещё и между собой будут гравитационно взаимодействовать. По аналогичным причинам недра Ио и Европы (да и Энцелада) значительно горячее, чем должны были бы быть. А тут ещё и жар Карлика... И это не говоря уже о мощнейшей вулканической активности!
Нет, можно представить себе, наверное, и благоприятный вариант: "Земля" - аналог Каллисто в системе Юпитера. То есть наиболее удалена от ЦТ из крупных спутников: относительно слабо взаимодействует с ними, подогрев самый слабый... Если повезёт, то, возможно, даже вне радиационных поясов окажется, так что, несмотря на слабость магнитного поля, не окажется подобием Венеры (Солнце всё же далеко - дальше, чем в случае с реальной Землёй). Но, фактически, сутки там будут выполнять функции нашего "года": ночью - зимние температуры (как в средней полосе России, если не как в Якутии), днём - летние (экваториальные...).
И тут воды может оказаться уже слишком много - как на реальной Каллисто, которая изо льда состоит наполовину. Плюс важен фактор постепенного ослабления свечения ЦТ: это норма для коричневых карликов, а тут именно ЦТ даёт заметную часть тепла. То есть от эпохи к эпохе становится всё холоднее. И по полушариям разный уровень нагрева...
Плюс возникают уже проблемы, обычные для планет двойных звёзд: сложность климатических циклов (график времён года специфический), тех же приливов и т.п.
Вообще при таком ЦТ проще без "Солнца" обойтись: оно только усложняет возникновение предсказуемого климатического режима.
То есть - ещё сложнее, ещё больше отличий от реальной Земли, чем в варианте 1.
Что же делать?
Наверное, можно, поиграв параметрами, найти что-то минимально приемлемое. Взять не Землю, а что-то поменьше. Тогда ЦТ (по варианту 1) станет меньше рубежа, когда планета-гигант становится КК. Орбита "Земли" более узкая, скорость вращения больше, магнитное поле мощнее. Примерно нечто в этом духе попытались изобразить авторы х/ф "Аватар" в качестве "Пандоры" (впрочем, соотношение масс между Пандорой и её ЦТ, Полифемом, там вроде бы всё равно неправильное). Факторы сильной радиации в ближайшем космосе и сильных полярных сияний остаются, но, в общем, "выжить можно".
Метки: #астрономия , #планеты , #планеты солнечной системы , #экзопланеты , #s-ответы , #магнитное поле , #коричневые карлики , #внеземные цивилизации , #жизнь во вселенной
Но это тоже будет далеко не "Земля".
Сноски:
* Согласно моделированию, более крупный спутник в процессе образования сольётся с планетой. Кроме того, есть расчёты, в соответствии с которыми слишком тяжёлый спутник, даже если бы он вдруг появился, за счёт приливного взаимодействия с планетой постоянно увеличивал бы радиус орбиты и в итоге ушёл от неё вовсе - по тем же причинам, по которым и Луна удаляется от Земли.
** В процессе формирования Юпитер некоторое время светился, имея температуру, по разным подсчётам, от 2 до 5 тысяч K - просто за счёт выделения гравитационной энергии падающих на него частиц протопланетного облака. С этим связан различный химический состав его спутников: Ио и Европа каменистые, Ганимед и Каллисто наполовину состоят изо льда. Первые формировались ближе снеговой линии, вторые - дальше.
*** Магнитные поля КК исследовались по полярным сияниям. Яркость полярных сияний коричневых карликов такова, что они обнаруживаются даже на межзвёздных расстояниях, внося заметный вклад в их общее излучение.
**** Механизм был описан в предыдущей статье:
...Венера лишена магнитного поля... Вследствие этого солнечный ветер не отклонялся "магнитным щитом", а "увязал" в атмосфере. Вода, которой исходно на планете было, наверное, примерно столько же, сколько на Земле, расщеплялась на водород и кислород. Водород - лёгкий газ - Венера, как и Земля, удержать не могла. Кислород же, газ весьма активный, соединялся с другими элементами. В основном - с углеродом...
Тут вместо непосредственно солнечного ветра была бы радиация из радиационных поясов ЦТ.
***** Чем крупнее животное, тем легче оно "при прочих равных" переносит низкие температуры.
****** Сверхтесная звёздная пара, если просуществует достаточно долго, в итоге сольётся. Её компоненты будут постоянно сближаться за счёт потери энергии орбитального движения в виде излучения гравитационных волн. Если две звезды, каждая массой в половину Солнца, сольются, то в итоге сформируется одна звезда примерно солнечной массы. Однако масса протопланетного диска при этом составит значительно большую величину, чем в случае звездообразования путём простого сжатия протозвёздной туманности - до 0.1 массы исходных звёзд.
PS: Теоретически, наверное, можно представить себе двойную планету-гигант: сформировавшуюся примерно как двойная звезда или двойная планета земной группы (Земля - Луна) или карликовая планета (Плутон - Харон). Тогда, если взять за образец Землю - Луну, масса большего компонента может оказаться примерно как Сатурн, а меньшего - как раз примерно как Земля.
Вот только сформироваться газовый гигант может только за пределами снеговой линии планетной системы. Это означает, что по химическому составу "Земля" окажется, скорее, микро-Нептуном (или мега-Ганимедом), как минимум наполовину состоящим изо льда.
При последующем приближении к звезде "Земля" станет "планетой-океаном": твёрдое каменное ядро будет окружено слоем воды толщиной в тысячу километров, если не больше. Правда, жидкими будут верхние километров 100-200, не больше: глубже окажется дно из высокотемпературной модификации льда (льда-7, скорее всего).
Не могу исключать развития жизни на такой планете, причём именно знакомой нам белково-водно-кислородной. Но это уж точно никакая не Земля!
См. также: