Все последние события из жизни вулканологов, сейсмологов
Японцев, Американцев и прочих несчастных, которым повезло родиться, жить
и умереть в зоне сейсмической активности

Стихия

Землетрясение, Извержения вулканов, Ледяной дождь, Лесные пожары, Ливни, Наводнения, Огненный смерч, Паводок, Смерчи (Торнадо), Тайфуны, Тектонический разлом, Ураганы, Цунами, град, ледоход

Вулканы

Авачинский, Асо, Безымянный, Везувий, Даллол, Йеллоустоун, Кальбуко, Кампи Флегрей, Килауэа, Ключевская Сопка, Мауна-Лоа, Мерапи, Ньирагонго, Толбачик, Узон, Фаградальсфьядль, Фуэго, Хурикес, Шивелуч, Этна

Тайфуны

Тайфун Нору

Наводнения

Наводнение в Приморье

Районы вулканической активности

Вулканы Камчатки, Вулканы Мексики, Курилы

Грязевые вулканы и гейзеры

Локбатан

Природа

Вулканы, Изменение климата, Красота природы

Наука

Археология, Вулканология

Наша планета

Живая природа, Спасение животных

Ураганы

Тайфун Мэттью, Ураган Ирма, Ураган Харви, ураган Мария

Районы сейсмической активности

Землетрясение в Италии, Землетрясение в Китае, Землетрясение в Турции

Солнечная система

Венера, Марс, Меркурий, Планета Земля, Плутон, Сатурн, Юпитер

Космос

экзопланеты

Астрономические события

Лунное затмение, Метеориты, Противостояние Марса, Суперлуние

Антропогенные факторы

Климатическое оружие

Землетрясения

Прогноз землетрясений

2021-11-02 22:47

ОБИТАЕМОСТЬ И КОСМИЧЕСКИЕ КАТАСТРОФЫ (3)

экзопланеты

Из книги: Arnold Hanslmeier «Habitability and Cosmic Catastrophes», Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2009.

1.1.4.1 ГОРЯЧИЕ ЮПИТЕРЫ

Приливные захваты имеют некоторые другие важные последствия. Рассмотрим экзопланеты, орбиты которых близки к звездам своего хозяина. Их внутренние магнитные поля были бы очень слабыми из-за медленного вращения, связанного с приливным захватом. Это подразумевает, что их поверхности будут подвергаться воздействию частиц высокой энергии из звезды без экранирования сильной магнитосферой, как это характерно для Земли. Массивные планеты рядом с их материнской звездой гораздо проще обнаружить, и известны несколько примеров о таких горячих газовых гигантах. Наличие магнитных полей горячих юпитеров означает, что планеты с массами ? MJ = 1,89 ? 1027 кг, рядом с их материнскими звездами, могут иметь только 1/10 от их массы из-за их медленного вращения. Однако можно предположить, что из-за сильных звездных ветров, эти магнитосферы сжимаются в результате противостояния, так как ионизованная часть верхней атмосферы создает препятствие. С другой стороны ионизированная атмосфера таких планет находится под влиянием потока XUV. Таким образом, горячие юпитеры, возможно, не были защищены своими внутренними магнитными полями (возможно, если пренебречь приливным захватом, потому что на ранних фазах звездной эволюции звездные ветра были гораздо более интенсивными) (Звёздный ветер — процесс истечения вещества из звёзд в межзвёздное пространство). Можно рассчитать скорости потери нейтрального водорода — это примерно 1010 г/с (10 в степени 10, грамм в сек.) для экзосферы HD 209458 B.

1.1.4.2 ПЛАНЕТЫ С ПЛОТНОЙ АТМОСФЕРОЙ

Планета, которая привязана к своей материнской звезде, не подвержена равномерной радиации от этой звезды и поэтому нагревается неравномерно. Что происходит, когда мы рассматриваем такую tidally locked planet (планету, запертую приливом), которая имеет плотную атмосферу. Возможно, что температурная неоднородность может быть скомпенсирована? Современная атмосфера земли содержит около 350 ч / млн CO2. Помимо этого диоксида углерода, к основным парниковым газам следует отнести и водяной пар. Давайте предположим планету, получающую инсоляцию (Инсоля?ция — облучение поверхностей солнечным светом), сравнимую с уровнем солнечной радиации на Земле, но с атмосферой, содержащей 100 мбар CO2. Эта густая атмосфера сможет перенести достаточно большой тепловой поток на темную сторону, чтобы предотвратить там атмосферу от замораживания. Еще можно показать, что для атмосферы в 15 000 мбар и 0,8 инсоляции Земли, жидкая вода может присутствовать на всей планете.

В такой атмосфере Heath предполагает, что могут быть условия, пригодные для обитания в лесу.

Существует один хорошо известный пример для внесолнечных планетных систем с приливным захватом: ? Boo заблокирована на орбите, близкой к гигантской планете ? Boo Ab. Это было обнаружено с использованием прецизионной спектроскопии измерением движения материнской звезды.

Тем не менее, также был обнаружен отраженный от планеты свет с доплеровским смещением. Gliese 581C может считаться объектом, находящимся в приливном захвате с его родительской звездой Glighe 581.

1.1.5 ПРИЛИВНОЙ НАГРЕВ (Tidal Heating)

1.1.5.1 ИО

Это было большим сюрпризом, когда на ИО (РИС. 1.4), одном из галилеевых спутников Юпитера, был обнаружен активный вулканизм. На Земле, источник тепла, который производит вулканическую активность, исходит из её недр, где радиоактивные материалы распадаются и испускают энергию, а также от тепла, возникшего в процессе формирования планеты, аккреционное тепло. Такие процессы, однако, не могут объяснить вулканизм на ИО, потому что спутник слишком маленький. Единственное объяснение этому может быть tidal heating (приливной нагрев). Большая полуось орбиты ИО составляет 421 800 км и один оборот вокруг Юпитера занимает всего 1 год 18 ч 27 мин. Альбедо ИО 0,61, его диаметр составляет 3643,2 км, а масса составляет 8,94 ? 1022 кг (10 в степени 22). Период звездного вращения точно такой же, как и период обращения вокруг планеты.

На поверхности ИО было обнаружено, 400 активных вулканов и более 150 гор. Есть вулканические плиты, которые распространяются до 500 км. Приливные силы Юпитера на ИО в 6000 раз сильнее, чем в системе Земля — Луна. Кроме того, есть также приливные силы, вызванные двумя другими галилеевыми спутниками - Европа и Ганимед (они сопоставимы с приливной силой Луны).

Более того, эта сила варьируется, потому что орбита ИО эллиптическая.

Изменение приливных сил Юпитера из-за эллиптической орбиты ИО в 1000 раз превосходит приливные силы Луны. На Земле, приливная сила вызывает деформации всей земной коры от 20 до 30 см. На ИО деформации могут достигать 300 м.

1.1.5.2 ЕВРОПА, КАЛЛИСТО

Эффект приливного нагрева из-за огромной массы Юпитера становится еще более интересным для нашей темы при рассмотрении двух других галилеевых спутников Юпитера: Европа и Каллисто. Европа (РИС. 1.5) имеет средний орбитальный радиус 671 079 км и его орбитальный период составляет 3,55 дня. Радиус составляет 1560,8 км, а период вращения синхронен для орбитального периода. Поверхность чрезвычайно гладкая, а альбедо 0,64, потому что поверхность состоит из льда. На всей поверхности спутника наблюдаются темные полосы. Предполагается, что они были произведены серией вулканических водных извержений или гейзеров. Поскольку Европа связана приливным захватом с Юпитером, формирование этих структур должно было развиваться. Однако, кажется, что это имеет место только для самых молодых узоров. Древние узоры имеют значительные отличия от этого. Это можно объяснить, если учесть, что поверхность Европы вращается быстрее, чем его недра. Подповерхностный океан может отделить движение ледяной корочки от этой скалистой мантии. Температура на поверхности Европы составляет 110 К. Но из-за приливного взаимодействия под поверхностью может быть жидкий слой. Считается, что внешняя корка твердого льда составляет от 10 до 30 км. Базовый океан может быть толщиной около 100 км.

Второй по величине спутник Юпитера Каллисто (РИС. 1.6) также может иметь жидкий океан под его ледяной кратерной корой. Предполагается, что там может существовать соленый океан. Это обнаружение было сделано путем измерения изменений магнитного поля Каллисто (изменения в магнитном поле Европы также дали первую подсказку о жидком океане). Было установлено, что поле Каллисто также является переменным, как поле Европы. Эти изменения можно объяснить, предполагая различные электрические токи, связанные с этим потоком от Юпитера возле поверхности Каллисто. Единственный источник, где такие токи могут существовать в Каллисто - это - слой расплавленного льда внизу. В результате, если этот жидкий слой был соленым, как океаны Земли, то электрические токи могут быть достаточно эффективными, чтобы генерировать поле и вариации в нем. Одной из возможностей будет то, что вода содержит до 5 % аммиака. Но есть одно различие между Каллисто и Европой. Средний радиус орбиты составляет 1,88 ? 106 км (1,88 на 10 в степени 6). Таким образом, приливные силы из-за Юпитера намного меньше. Kuskov и Kronod утверждают, что внешний лед на Каллисто должен быть частично дифференцирован на ледяную кору, водный океан, породно-ледяную мантию и смесь железосодержащих пород. Они оценили толщину ледяной коры между 135 и 150 км и в основном слое воды - между 120 и 180 км.

Также обсуждается возможность наличия подповерхностного океана на Ганимеде, самом большом спутнике в Солнечной системе.

1.1.5.3 СПУТНИКИ САТУРНА

Также важно, что приливной нагрев объясняет недавно обнаруженную тепловую аномалию в южной полярной области спутника Сатурна Энцелада (Enceladus) (см. РИС. 1.7). Этот спутник является шестым по величине спутником Сатурна, его большая полуось - 237 948 км, его орбитальный период 1,3 дня, а его размеры составляют 513 ? 503 ? 497 км. Средняя температура поверхности 75 К. Были обнаружены активные извержения и, следовательно, можно предположить жидкую воду под поверхностью. Enceladus вращается синхронно с его орбитальным периодом и кроме того, в результате приливного нагревания, как дополнительного источника тепла, его орбита имеет небольшое отклонение от эллиптической формы и либрацию [Либрация — медленное колебание (действительное или кажущееся) спутника, наблюдаемое с поверхности тела, вокруг которого он вращается], вызванные резонансом с другими спутниками Сатурна (например, Dione).

Тем не менее, кажется сомнительным, может ли океан быть там стабильным или нет. Sohl и Hussmann обсуждают вероятность подповерхностных океанов на спутниках Сатурна и их вывод состоит в том, что для крупнейшего спутника, Титана, вероятен внутренний океан, и также для Rhea, в то время как Дион и Japetus могли иметь ударные океаны в прошлом из-за более интенсивного радиогенного тепла. Но кажется маловероятным, что Tethys, Enceladus и Mimas имели мелководные океаны.

1.1.6 ГАЛАКТИЧЕСКАЯ ОБИТАЕМАЯ ЗОНА

После обсуждения HZ в планетарных системах (в нашей собственной и дополнительных планетарных системах), мы исследуем, где расположены HZ в галактике, которая, возможно, содержит звезды с обитаемыми планетарными системами. Оказывает ли галактическая среда влияние на обитаемые зоны?

Галактическая обитаемая зона (GHZ) - это пространство в галактике, где условия благоприятны для жизни.

Вселенная началась с большого взрыва около 14 млрд. лет назад. Вся энергия и материя были сконцентрированы до особой точки и начали расширяться. В возрасте около 3 минут плотность и температура вселенной были достаточно высоки, так что это термоядерное слияние создало около 25% He от протонов. Этот изначальный взрыв создал первоначальный состав вселенной: около 75% H и 25% He. Все металлы (элементы тяжелее чем He, астрофизики называют металлами) были образованы процессами ядерных синтезов внутри звезд. Поэтому в раннем космосе не было никаких элементов для формирования планет, таких как наша Земля. Солнце - это звезда второго или даже более высокого поколения, что означает, что она образовалась из межзвездного облака, которое было обогащено материалом, уже сформированным внутри звезд и высвобождено, когда они взорвались как сверхновые.

В галактике есть градиент содержания металла: возле центра, содержание металла становится выше, чем вдали на спиральных рукавах. Планетарная система поэтому должна находиться достаточно близко к галактическому центру, потому что там существует достаточно высокий уровень металлов. Только в этих условиях могли образовываться скалистые планеты. То есть, очевидно, что для жизни необходимы более тяжелые элементы, такие как углерод, для формирования сложных молекул.

Однако есть ограничения. Если планетарная система слишком близка к галактическому центру, то возмущения, от ближайших звезд, становятся более вероятными. Это будет вызвать опасности от комет, которые движутся внутри планетарных систем. Более того, вспышки сверхновых и от супермассивной черной дыры в центре могут вызвать вторичные коротковолновые излучения, разрушая комплекс молекул, необходимых для жизни.

Наблюдения за внесолнечными планетарными системами также показали, что когда металличность звезды становится слишком высокой, скорее всего более массивные планеты находятся на орбитах, близких к звезде. Они могли бы уничтожить объекты размером с Землю.

Образование и расширение GHZ проиллюстрировано на РИС. 1.8. На ранних этапах образования галактики, тяжелые элементы для формирования земных планет присутствовали только вблизи центра галактики, потому что в этой области концентрации звезд были самые большие, а некоторые звезды уже развивались и стали сверхновыми, которые обогатили межзвездную среду более тяжелыми элементами. Эта область не была безопасной средой, потому что была высока опасность взрывов близлежащих сверхновых. Постепенно тяжелые элементы, распространялись через галактику и планеты земной группы, образованные в большинстве случае на безопасных расстояниях от галактического центра. HZ появилась около 8 млрд. лет назад на определенном расстоянии от галактического центра. Согласно линейному переводу, GHZ - кольцевая область составляет7-9 килопарсек от галактического центра. Она расширяется со временем и состоит из звезд, образованных от 8 до 4 млрд. лет назад. При этих предположениях может быть получено возрастное распределение звезд, и установлено, что 75% звезд в GHZ старше Солнца. Если эволюция жизни была сравнима с длительностью этого процесса на Земле, то мы принадлежим к «молодому поколению» галактических цивилизаций.

***

(продолжение следует)