Astronomie

Comment une planète gazeuse peut-elle devenir verrouillée par la marée avec une étoile ?

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En supposant qu'une planète soit entièrement constituée de gaz, est-il possible que la planète se bloque en raison de la marée avec l'étoile sur laquelle elle orbite ?

Je sais que lorsqu'une planète terrestre orbite autour d'une étoile dans un laps de temps différent de la durée de son jour, la planète se déforme continuellement, ce qui entraîne un réchauffement des marées. Ce chauffage prend de l'énergie de la rotation de la planète jusqu'à ce qu'elle se stabilise dans une formation bloquée par les marées.

Je crois qu'une planète purement gazeuse aurait également une sorte de chauffage interne pour la même raison. Mais parce que la "surface" d'une planète gazeuse est fluide, elle doit également obéir à des principes thermodynamiques.

À titre d'exemple de base, le côté de la planète faisant face à une étoile devient chaud et le côté opposé devient froid. Le gaz chaud se dilate et le gaz froid se contracte et vous obtenez de la convection, des cycles de Hadley, des vents dominants et des conditions météorologiques chaotiques.

Il semble donc qu'il y ait une bataille entre la gravité, qui veut que le gaz s'arrête de bouger et devienne bloqué par la marée, et la thermodynamique, qui veut que la surface remue par convection.

Un processus domine-t-il l'autre ? Est-ce qu'un processus prend lentement le dessus tandis que l'autre s'estompe ? Cela peut-il aller dans les deux sens ?


Les planètes gazeuses se bloqueraient en fonction de la marée, tout comme le font les étoiles binaires. Cela se produirait en plus de la convection - les effets de marée sont faibles et fonctionnent sur des échelles de temps très longues, la convection est forte et fonctionne sur des échelles de temps beaucoup plus courtes. Il est vrai qu'une planète gazeuse se conforme plus facilement au potentiel de marée même si elle est en rotation, donc il y a moins de rotation des renflements de marée, mais les renflements de marée sont plus gros car ils remplissent l'équipotentielle, alors que les surfaces solides ne le font pas. . Ainsi, la réponse rapide du gaz pourrait rendre le processus de verrouillage plus rapide ou plus lent, selon l'effet dominant. Mais vous avez probablement raison de vous concentrer sur la dissipation d'énergie comme exigence clé, et le gaz est probablement moins dissipateur, donc je suppose que le temps de verrouillage est plus long pour le gaz. Pourtant, il y a une dissipation d'énergie, il y a un retard au fur et à mesure que le gaz s'écoule et il y a un effet de blocage des marées, tout cela à des échelles de temps beaucoup plus lentes que la convection.


Comment les planètes bloquées par les marées pourraient éviter un destin de « Terre boule de neige »

Les planètes bloquées par les marées dans la zone habitable des étoiles pourraient être en mesure d'éviter les périodes glaciaires mondiales, selon une étude qui modélise l'interaction entre l'endroit où la glace se forme et la façon dont elle réfléchit la lumière du soleil. Pendant ce temps, une deuxième étude a révélé que les planètes fortement inclinées sont plus susceptibles de connaître des périodes glaciaires soudaines.

La « zone habitable » autour des étoiles, où il fait suffisamment chaud pour que de l'eau liquide existe à la surface d'un monde semblable à la Terre, a longtemps été l'étalon-or pour évaluer le potentiel de vie sur d'autres mondes, mais à mesure que notre compréhension de l'astrobiologie s'approfondit, les scientifiques sont à la recherche d'autres indices d'habitabilité.

Le type de jours, de nuits et de saisons qui façonnent les conditions sur les mondes extraterrestres peuvent différer radicalement de ceux de la Terre, même lorsqu'une planète ou une lune est située dans la zone habitable.

Un qualificatif est l'inclinaison axiale d'une planète, également connue sous le nom d'obliquité. La Terre tourne à un angle de 23,5 degrés par rapport au Soleil, ce qui signifie que la plupart des rayons du soleil frappent l'équateur, tandis que les pôles sont si froids qu'ils forment des calottes glaciaires. Cependant, une planète inclinée de plus de 55 degrés pourrait potentiellement former une ceinture de glace équatoriale, ainsi que des pôles qui seraient incroyablement chauds en été et extrêmement froids en hiver, et donc la vie vivant dans les régions polaires devrait s'adapter à à la fois la chaleur extrême et le froid.

Ou, une planète ou une lune extraterrestre peut être piégée dans une résonance avec le corps sur lequel elle orbite, de sorte que le temps nécessaire pour effectuer une rotation est exactement le même temps qu'il faut pour orbiter son corps parent. Les conséquences de ceci sont que la planète ou la lune devient « verrouillée par les marées » et a un côté gelé qui fait toujours face à son étoile et un côté qui est constamment exposé à la lumière du soleil. Notre Lune, par exemple, est liée à la Terre en raison de la marée, c'est pourquoi nous voyons toujours l'"homme sur la Lune" familier sur sa face visible.

De telles différences déterminent si ces mondes sont suffisamment chauds pour posséder de l'eau courante, ou s'il s'agit plutôt de boules de neige gelées connaissant des périodes glaciaires mondiales. Même la planète Terre, le seul monde connu pour avoir de la vie, a basculé vers des extrêmes gelés dans son histoire géologique.

La planétologue Jade Checlair de l'Université de Chicago et ses collègues ont étudié si des planètes verrouillées par les marées dans des zones habitables pourraient jamais entrer dans des états boule de neige dans lesquels la glace recouvre toute leur surface. Ils se sont concentrés sur les petites étoiles sombres connues sous le nom de naines rouges, qui sont les étoiles les plus courantes dans le cosmos. Parce que les naines rouges, également connues sous le nom de naines M, sont des étoiles froides, leurs zones habitables sont relativement proches, souvent beaucoup plus proches que la distance de Mercure (

58 millions de kilomètres) du Soleil. Lorsqu'une planète orbite très près d'une étoile, l'attraction gravitationnelle de l'étoile peut forcer le monde à se verrouiller sous l'effet des marées.

« Un grand pourcentage des planètes que nous nous attendons à trouver et à étudier seront des étoiles M en orbite », explique Checlair. "Beaucoup d'entre eux hébergeront au moins une planète de la taille de la Terre."

Checlair a déclaré que bien que traverser un état boule de neige « éradiquerait probablement la vie animale complexe préexistante » sur une planète, l'expérience de la Terre avec cette tournure dramatique il y a environ 750 millions et 635 millions d'années a entraîné une augmentation à la fois de l'oxygène et de la vie complexe. .

"On pense que l'augmentation de la vie complexe s'est produite à la fois en raison de l'augmentation de l'oxygène et de la pression évolutive créée par un état boule de neige", dit-elle.

Par exemple, les températures glaciales et d'autres conditions difficiles pendant un état boule de neige sur Terre ont probablement exercé une forte pression sur la vie pour qu'elle s'adapte ou meure. Cette pression évolutive a probablement conduit au développement d'organismes complexes, qui ont ensuite rivalisé les uns avec les autres pour les ressources, exerçant encore plus de pression pour s'adapter ou mourir.

Cependant, Checlair et ses collègues ont découvert qu'il est peu probable que les planètes bloquées par les marées dans les zones habitables entrent dans un état boule de neige. Les scientifiques ont détaillé leurs découvertes dans Journal d'astrophysique.

Pour parvenir à leurs conclusions, les chercheurs ont développé un modèle climatique mondial d'une planète semblable à la Terre verrouillée par les marées dans une zone habitable. Ils se sont concentrés sur la quantité de lumière que la planète a absorbée par son étoile et sur la quantité de lumière qui a rebondi dans l'espace avec une couverture de glace hautement réfléchissante.

Les scientifiques ont découvert qu'en raison de la façon dont la glace s'accumule à la surface de cette planète, l'état boule de neige ne se produirait pas soudainement. Au lieu de cela, leur modèle a suggéré qu'il passerait en douceur d'une couverture de glace partielle à complète et inversement. De plus, un cycle du carbone actif – le carbone étant un puissant gaz à effet de serre – pourrait aider les planètes bloquées par les marées à éviter une glaciation complète.

"Il n'est pas encore clair si un état boule de neige est plus préjudiciable ou plus bénéfique pour la possibilité de vie sur des planètes habitables", explique Checlair. "Cela a certainement un effet sur l'habitabilité, mais une étude plus approfondie est nécessaire pour déterminer si cet effet est positif ou négatif."

Inclinaison axiale sur les mondes extraterrestres

Dans une autre étude, Brian Rose, un spécialiste de la dynamique du climat à l'Université d'Albany à New York, a examiné des planètes extraterrestres dans des zones habitables avec une gamme d'inclinaisons axiales. Lui et ses collègues voulaient voir si les mondes avec des obliquités élevées dans les zones habitables pouvaient posséder des ceintures de glace stables et de longue durée autour de leurs équateurs, ainsi que d'autres conséquences qui auraient des impacts majeurs sur ces planètes. Par exemple, les régions polaires des planètes à haute obliquité connaîtraient une lumière solaire constante pendant des jours en été et une obscurité perpétuelle pendant des jours en hiver, de sorte que « toute vie photosynthétique devrait être bien adaptée à ce régime fortement saisonnier », a-t-il déclaré. dit.

L'équipe de Rose a développé un modèle climatique mondial qui pourrait simuler de nombreuses obliquités différentes. Ces modèles ont également simulé la façon dont la neige, la glace, l'eau et la terre réfléchissent la lumière à différentes latitudes, et la façon dont les courants atmosphériques et océaniques déplacent la chaleur des régions chaudes vers les régions froides de la planète.

Les chercheurs ont découvert qu'il peut être rare qu'un monde habitable possède une ceinture de glace équatoriale. Ils ont également découvert que les planètes potentiellement habitables avec des obliquités élevées de 55 degrés ou plus pouvaient passer d'états complètement libres de glace à complètement recouverts de glace. Rose et ses collègues ont également détaillé leurs conclusions dans un article publié dans Journal d'astrophysique.

"Ce qui est passionnant dans ces résultats, c'est vraiment la simplicité du modèle, qui nous permet d'explorer de très grandes variations dans les caractéristiques planétaires possibles d'une manière simple et organisée", explique Rose.

Les scientifiques ont découvert que sur les mondes à haute obliquité, les calottes polaires sans glace absorbaient généralement plus de lumière que les régions équatoriales recouvertes de glace n'en reflétaient, ce qui provoquait un réchauffement qui déstabilisait facilement les ceintures de glace, explique Rose. Ils ont découvert que le nombre de ces mondes avec des calottes glaciaires polaires devrait être trois à quatre fois supérieur à celui des ceintures de glace équatoriales.

"Des ceintures de glace stables sont possibles mais relativement rares, nécessitant une combinaison" juste "de caractéristiques planétaires", a déclaré Rose.

Selon Rose, les planètes potentiellement habitables avec des obliquités élevées pourraient être sujettes à « de violentes fluctuations climatiques entre une boule de neige mondiale et des conditions complètement sans glace ».

« Cette hypothétique planète est-elle plus ou moins apte à abriter la vie que la Terre ? demande Rose. "Je n'ai pas de bonne réponse à cette question. Je pense que la communauté est toujours aux prises avec ces concepts.

La co-auteure de Rose, Cecilia Bitz, a été partiellement soutenue par un financement de l'élément NASA Astrobiology Institute du programme d'astrobiologie de la NASA. Pendant ce temps, le travail de Checlair a été soutenu par le programme Habitable Worlds de la NASA. Astrobiologie de la NASA fournit des ressources pour les mondes habitables et d'autres programmes de recherche et d'analyse au sein de la Direction des missions scientifiques de la NASA ( SMD ) qui sollicitent des propositions pertinentes pour la recherche en astrobiologie.

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13 réponses 13

Une planète de notre système solaire a en fait traversé un tel changement ! Vénus a actuellement un spin rétrograde de 243 jours, mais cela n'a probablement pas toujours été le cas. La théorie actuelle dit que cela a commencé avec la rotation rapide habituelle et a subi le verrouillage de la marée normalement. Et cela se serait arrêté là, mais l'atmosphère épaisse de Vénus génère marées atmosphériques entraînées thermiquement qui étaient assez forts pour dépasser l'écluse de marée et provoquer une vrille rétrograde. Actuellement sa rotation est un équilibre entre la marée atmosphérique poussant en rétrograde et la dissipation de marée du soleil poussant en prograde. Voir la page de Wikipédia sur le mouvement rétrograde et prograde.

On dirait que vous n'êtes pas particulièrement soucieux de maintenir l'atmosphère. êtes-vous cool avec une atmosphère vraiment épaisse? Si cela vous convient, et que cela ne vous dérange pas, celui-ci est basé sur une planète réelle. Cependant, je ne sais pas à quel point cet effet devrait être fort dans votre scénario.

Et qu'est-ce qui se passerait si. votre terre verrouillée par les marées a finalement eu une vie intelligente qui a détruit leur atmosphère.

Si votre planète verrouillée par les marées capturait une grande lune, un peu comme celle que nous avons ici sur Terre, les forces de marée de la lune pourraient être plus fortes que les forces de marée de l'étoile. Cela entraînerait que la planète perde progressivement son verrou de marée au profit de l'étoile en échange d'un verrou de marée avec la lune.

Non. Pas sans l'intervention d'un autre organisme.

Les forces de marée au sein de la planète la poussent constamment vers l'état "verrouillé", vous avez besoin d'un apport massif d'énergie pour changer cela. Nous parlons d'événements vraiment dramatiques.

Vous pourrez peut-être accomplir quelque chose grâce à une rencontre rapprochée avec un corps massif (par exemple une grande planète voyous traversant le système) où il n'y a pas de collision. Cependant, vous vous retrouveriez avec une orbite très elliptique et une deuxième rencontre pour la renvoyer vers la circulaire étirerait plutôt la croyance.

Cependant, vous pouvez obtenir l'effet souhaité en faisant en sorte que ce soit une planète binaire. Les deux planètes sont verrouillées l'une à l'autre mais chacune connaît des séquences jour-nuit normales. Les surfaces tournées l'une vers l'autre et éloignées l'une de l'autre pourraient vraisemblablement revêtir des caractéristiques différentes.

Oui, par redistribution radiale des masses.

Quelque chose de similaire à la catastrophe du fer sur la Terre primitive, ou à la fonte des calottes glaciaires après les périodes glaciaires.

Si quelque chose augmente la température interne, cela pourrait déclencher la migration de matériaux lourds vers le centre de la planète, réduisant ainsi le moment d'inertie et accélérant la rotation. Comme dans le cas de la catastrophe du fer, la friction générée par la migration de masse vers le noyau produira un réchauffement supplémentaire et accélérera encore le processus.

Le réchauffement de l'intérieur de la planète requis pour déclencher un tel processus peut se produire par de multiples processus, comme une isolation supplémentaire provenant d'une croûte qui s'épaissit ou des dépôts d'une sorte de neige. Accumulation naturelle de minéraux radioactifs (comme cela s'est produit dans les mines d'uranium) qui atteignent une masse critique pour démarrer un réacteur nucléaire naturel. Ou, peut-être que le verrouillage de la marée a arrêté ou ralenti le volcanisme et cela pourrait augmenter suffisamment la température interne pour déclencher le processus.

Un effet similaire pourrait se produire même lors du refroidissement. Un changement de phase peut se produire qui transforme un minéral léger en un minéral lourd, mais dans ce cas, le chauffage par friction arrêterait le processus au lieu de l'accélérer.

Je voudrais aussi que l'orbite de la planète reste à peu près là où elle est - dans la zone habitable.

La planète doit-elle commencer dans la zone habitable ? Sinon, voici une suggestion, en quelques étapes, impliquant une géante gazeuse sur une très longue période, une orbite elliptique de type comète :

  1. Formation: faire en sorte que la planète se forme initialement sur une orbite très proche de son étoile (de l'ordre de plusieurs jours), où elle est verrouillée par les marées.
  2. Vitesse de rotation croissante : Une fois le bombardement terminé, demandez à la géante gazeuse voyous de s'approcher de près, ce qui rend son orbite légèrement excentrique, de sorte que l'écluse de marée favorable est une résonance 3:2 comme Mercure, mais avec une période de rotation plus rapide que sa rotation actuelle. Donnez-lui quelques centaines de milliers d'années pour que la période de rotation se stabilise, puis faites revenir la géante gazeuse et propulsez-la sur une orbite plus excentrique où un verrouillage de 5:2 est favorable, encore une fois avec une rotation légèrement plus rapide. Répétez jusqu'à ce que l'essorage soit suffisamment rapide.
  3. Transfert en zone habitable : Les approches rapprochées de la géante gazeuse renforcent son apopsie au-delà de la zone habitable. Laissez la précession et le timing provoquer une approche rapprochée lorsqu'elle traverse la zone habitable, avec votre planète se déplaçant vers l'intérieur, la géante gazeuse se déplaçant vers l'extérieur et votre planète se balançant autour du côté solaire de la géante gazeuse. Cela équivaut à une grande brûlure radiale et devrait servir à circulariser principalement son orbite dans cette position.
  4. En option - sécurité : Si la géante gazeuse est sur une orbite aussi longue, elle ira assez loin de votre soleil. Une étoile de passage/une naine rouge/un objet aussi massif devrait suffire à l'empêcher de faire d'autres passages au plus profond de votre système solaire et de gâcher ce qui a été mis en place.

Le verrouillage des marées pourrait rendre les planètes habitables inhospitalières

L'interprétation de cet artiste représente une planète de la taille de Neptune en orbite autour de Gliese 436. Très probablement bloquée par les marées, la planète ne tourne qu'une face vers son soleil. Crédit : NASA

Les planètes bloquées par les marées - des planètes dont un côté fait constamment face à leur étoile tandis que l'autre reste plongée dans l'obscurité - ont tendance à être plus chaudes d'un côté que de l'autre. La présence d'une atmosphère peut aider à répartir la chaleur sur la planète, en égalisant les températures. Mais le blocage des marées pourrait entraîner de grandes variations climatiques, un résultat qui pourrait menacer l'évolution de la vie à la surface de ces planètes.

Le verrouillage des marées dépend de la masse de la planète et de sa distance à son étoile. Pour les planètes en orbite autour des étoiles M, qui sont légèrement plus petites que notre Soleil, la région où les planètes deviennent bloquées par les marées chevauche la zone habitable, où l'eau peut rester sous forme liquide à la surface d'une planète.

Dans le système solaire, la Lune est verrouillée en orbite autour de la Terre.

Selon de nouvelles recherches publiées dans l'édition de décembre de l'Astrophysical Journal, un fort réchauffement d'une planète en un seul point peut modifier ou même contrôler le degré d'altération qui se produit sur la planète, ce qui peut entraîner des changements climatiques importants et même instables. Ces effets climatiques dramatiques pourraient rendre inhabitables des planètes qui auraient autrement le potentiel pour la vie.

Lorsque les roches et les minéraux sont exposés à l'air, ils réagissent aux gaz qu'il contient.

Au fur et à mesure que les roches s'érodent, une nouvelle face entre en contact avec l'air, permettant de convertir encore plus de gaz. Si le processus d'érosion suit le rythme de la sortie de gaz frais dans l'atmosphère - disons, des éruptions volcaniques - le climat reste stable.

Sur les planètes verrouillées par les marées, une seule région est toujours proche de l'étoile. Connue sous le nom de point substellaire, cette région reçoit plus de lumière directe du soleil, et donc plus de chaleur. Le document récent propose qu'une telle attention constante pourrait affecter l'altération, et ainsi pourrait influencer le climat de l'atmosphère.

Le processus, appelé instabilité d'altération substellaire améliorée (ESWI), est basé sur le fait que l'afflux de chaleur provoquerait une augmentation de l'altération au point substellaire.

Les températures plus élevées peuvent également entraîner des précipitations plus fortes, ce qui affecte les intempéries.

"Plus il pleut fort, plus il s'érode", a déclaré le chercheur principal Edwin Kite, de l'Université de Californie à Berkeley.

Plus de pluie signifie une abondance de roche fraîche pour réagir avec l'atmosphère, en éliminant plus de ses composants.

De même, si le point substellaire se refroidit pour une raison quelconque, le processus d'altération ralentit. Moins de roche est disponible pour réagir chimiquement et le gaz atmosphérique s'accumule. Le volcanisme pourrait mettre plus de matière dans l'atmosphère que les roches ne peuvent en absorber - et comme les volcans sur Terre libèrent des gaz à effet de serre comme le dioxyde de soufre et le dioxyde de carbone, un effet de serre incontrôlable pourrait probablement s'envoler, entraînant un réchauffement supplémentaire.

Tout cela se produit parce que la chaleur est concentrée sur une seule région qui est constamment la plus proche de son étoile.

Bien que Mars ne soit pas bloquée par les marées, sa large gamme de températures diurnes et nocturnes signifie qu'elle aurait pu subir certains des changements climatiques extrêmes qui auraient pu la rendre inhospitalière. Crédit : Jim Bell et tous/Hubble Heritage Team

"Ce qui contrôle le taux d'altération de la planète n'est que ce patch", a déclaré Kite.

Sur Terre, le dioxyde de carbone de l'air réagit avec le silicate de calcium, créant du carbonate de calcium et du dioxyde de silicone. Le processus élimine le dioxyde de carbone de l'air et contrôle l'effet de serre.

"La météo régule le climat sur Terre sur de longues échelles de temps et garantit qu'il ne fait ni trop chaud ni trop froid", a expliqué Dorian Abbot, de l'Université de Chicago. Abbot étudie la dynamique climatique sur Terre et sur les planètes extrasolaires.

La même chose pourrait se produire sur d'autres planètes, mais si les conditions sont bonnes - ou mauvaises - les résultats pourraient être plus néfastes.

Les précipitations entraînent des taux plus élevés d'érosion des roches. Crédit : Mila Zinkova

"Nous voyons parfois des sorties catastrophiques de la zone habitable", a déclaré Kite.

Par exemple, une planète habitable pourrait se retrouver dans une situation semblable à celle de Vénus, avec des nuages ​​de gaz augmentant considérablement la température de surface jusqu'à des points où l'eau bout.

Ou il pourrait simplement se vanter d'avoir de larges fluctuations au cours de sa durée de vie, des passages importants du froid au chaud et vice-versa. De telles fluctuations pourraient signifier des problèmes pour la vie essayant d'évoluer sur une planète.

"Il a fallu très longtemps à la vie pour développer sa complexité sur Terre", a déclaré Kite.

Il a expliqué qu'un certain nombre d'étapes clés étaient nécessaires pour que la vie soit telle que nous la connaissons aujourd'hui.

"Il faudrait une longue période d'habitabilité sur une planète pour permettre à ces différentes étapes d'avoir lieu", a-t-il déclaré.

"Il ne suffit pas de pleuvoir sur une planète pendant dix mille ans et de s'attendre à ce que des choses intéressantes se produisent."

"Les instabilités climatiques ne sont pas bonnes pour la vie à laquelle nous pensons habituellement."

Les volcans, comme le volcan Eyjafjallajökull dans le sud de l'Islande, peuvent cracher d'énormes quantités de cendres et de gaz, modifiant la composition de l'atmosphère. Crédit : Marco Fulle (Stromboli en ligne)

Changements catastrophiques - rares ou courants ?

Combien de planètes pourraient voir leur atmosphère déstabilisée par le verrouillage des marées ?

Pour réduire cela, il faut d'abord examiner à quelle fréquence les planètes bloquées par les marées peuvent exister.

Pour les étoiles M, "Nous nous attendrions à ce qu'une grande partie des planètes de la zone habitable soient bloquées par les marées", a déclaré Abbot.

Pour qu'ESWI se produise, certaines conditions doivent être remplies sur ces planètes.

Le point substellaire, le plus proche de l'étoile, ne peut pas être sous l'eau. La terre est nécessaire pour l'altération fortement dépendante de la température.

De même, le gaz absorbé par les intempéries doit être le gaz prédominant dans l'atmosphère.

Kite note que, même si la Terre était déplacée vers une autre étoile et devenait bloquée par les marées, elle ne serait pas en danger. Bien que les intempéries sur Terre consomment du dioxyde de carbone, l'azote constitue la majeure partie de l'atmosphère.

De tels résultats ne se limitent pas aux planètes qui ne peuvent révéler qu'un seul visage à leur étoile.

Selon Kite, "Tout ce qui est vraiment important pour démarrer ce processus est un grand contraste de température jour/nuit."

À titre d'exemple, l'équipe a travaillé avec Itay Halevy, de l'Institut des sciences Weizmann, pour examiner un mystère martien. Mars n'est pas verrouillé par les marées, mais présente de grandes variations de température au cours d'une journée martienne. La planète rouge a perdu son atmosphère il y a longtemps, et les scientifiques tentent toujours de déterminer exactement comment cela s'est produit.

Kite pense que ESWI pourrait être un contributeur potentiel.

"C'est une question ouverte de savoir si suffisamment d'altération s'est produite au cours de son histoire géologique pour attirer une quantité importante de dioxyde de carbone", a-t-il déclaré.

Mais il était clair que de telles conditions ne devraient pas empêcher les astronomes d'étudier les planètes qui tombent dans la zone de danger. Ces corps pourraient encore avoir le potentiel d'être habitables.


Les planètes extraterrestres « Eyeball Earth » pourraient être des « boules de neige » sans vie

Des mondes extraterrestres ressemblant à des globes oculaires géants pourraient être capables d'héberger la vie, mais ils peuvent ne pas être aussi courants que suggéré précédemment, selon une nouvelle étude.

Au lieu de cela, les océans qui feraient de telles planètes ressemblent à d'énormes globes oculaires pourraient souvent être obscurcis ou entièrement recouverts par la glace de mer, gâchant leur apparence de globe oculaire et réduisant potentiellement leurs chances d'être habitables comme nous la connaissons, ont déclaré les chercheurs.

On pense que ces mondes extraterrestres existent autour naines rouges, le type d'étoile le plus répandu dans l'univers. Ces étoiles sont petites et froides, environ un cinquième de la masse du soleil et jusqu'à 50 fois plus sombres. Ils représentent jusqu'à 70 % des toutes les étoiles de l'univers, un nombre énorme qui en fait potentiellement des endroits précieux pour rechercher la vie extraterrestre. En effet, la NASA Télescope spatial Kepler ont découvert qu'au moins la moitié de ces étoiles hébergent des planètes rocheuses dont la masse est la moitié à quatre fois supérieure à la Terre.

Recherche pour savoir si un exoplanète pourrait héberger la vie telle que nous la connaissons, elle se concentre généralement sur la présence ou non d'eau liquide, car il y a de la vie pratiquement partout où il y a de l'eau liquide sur Terre. Les scientifiques se concentrent généralement sur les zones habitables d'étoiles, également connues sous le nom de zones Goldilocks &mdash la zone autour d'une étoile suffisamment tempérée pour qu'un monde possède de l'eau liquide à sa surface.

Une étude en 2014 a suggéré que presque chaque naine rouge peut avoir une planète dans sa zone habitable. Ce travail a également suggéré que de tels mondes pourraient chacun posséder environ 25 fois plus d'eau que la Terre a dans son ensemble.

le zones habitables autour des naines rouges sont proches de ces étoiles en raison de leur faible luminosité, souvent plus proches que la distance Mercure tourne autour du soleil. Cette proximité les rend attrayantes pour les chasseurs de planètes extraterrestres, car les mondes proches de leurs étoiles se croisent plus souvent devant eux de notre point de vue, ce qui les rend plus faciles à détecter que les planètes qui orbitent plus loin de leurs étoiles.

Lorsqu'une planète est en orbite très proche d'une étoile, l'attraction gravitationnelle de l'étoile peut forcer le monde à devenir "verrouillé par la marée", ce qui signifie que la planète montrera toujours le même visage à son étoile tout comme la lune le fait à la Terre. Ce scénario de planètes ayant chacune un côté jour permanent et un côté nuit permanent pourrait conduire à un type de monde frappant ressemblant à un globe oculaire. Son côté nuit serait recouvert d'une coquille gelée et glacée, tandis que son côté jour accueillerait un océan géant d'eau liquide baignant constamment dans la chaleur de son étoile.

Cependant, des recherches antérieures sur l'apparence des exoplanètes verrouillées par les marées autour des naines rouges ne tenaient pas compte de la façon dont la glace de mer pourrait influencer le flux de chaleur et de froid dans les océans de ces mondes. La glace de mer dériverait autour de ces océans à cause des vents forts qui résulteraient de l'air chauffé du côté jour de chaque monde se précipitant vers son côté nuit plus frais. À mesure que cette glace de mer fondrait, elle absorberait la chaleur de l'eau et de l'atmosphère sus-jacente.

Maintenant, des scientifiques en Chine découvrent que la glace de mer dérivante pourrait souvent refroidir ces exoplanètes assez pour les empêcher de devenir des mondes oculaires. Au lieu de cela, beaucoup de ces exoplanètes pourraient devenir des « boules de neige » entièrement recouvertes de glace.

Des recherches antérieures suggéraient que La Terre a peut-être elle-même connu des états boule de neige un certain nombre de fois dans son histoire &mdash "l'un remonte à environ 2,2 milliards d'années et l'autre à environ 630 millions d'années", a déclaré Jun Yang, climatologue à l'Université de Pékin à Pékin et auteur principal de cette nouvelle étude. Espace.com. "Pendant ces états boule de neige, toutes les surfaces des océans étaient recouvertes de glace de mer et de neige, et peut-être que presque tous les continents étaient recouverts d'épaisses calottes glaciaires."

Yang et son équipe de recherche ont développé des simulations informatiques 3D modélisant comment la glace qui se forme près des bords de l'océan d'une planète globe oculaire peut dériver et fondre. Cette banquise transportait essentiellement le froid de la face nocturne de chaque monde à sa face diurne.

Les scientifiques ont également modélisé le climat de ces exoplanètes, y compris le effets des gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone, qui réchauffe les planètes en captant la chaleur de leurs étoiles. Ils ont découvert que lorsque ces mondes ne possédaient pas beaucoup plus de gaz à effet de serre que la Terre, leurs océans diurnes peuvent rétrécir et même disparaître, les transformant en boules de neige.

Les chercheurs ont découvert que cet effet boule de neige pouvait se produire même lorsque les exoplanètes de la zone habitable d'une naine rouge n'étaient pas bloquées par les marées dans les côtés jour et nuit permanents, mais changeaient lentement de face où elles présentaient leurs étoiles, comme Mercure le fait avec le soleil.

"Certaines planètes que l'on pensait habitables peuvent ne pas être vraiment habitables", a déclaré Yang. "Ils peuvent [être] dans un état boule de neige extrêmement froid, dans lequel aucune lumière du soleil ne pourrait atteindre l'eau liquide. La lumière du soleil est nécessaire pour tous les types d'organismes photosynthétiques."

Pourtant, les scientifiques n'ont pas trouvé toutes les exoplanètes dans un zone habitable de la naine rouge deviendraient des boules de neige. "Par exemple, si une planète a un niveau très élevé de gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone ou le méthane, elle ne tombera pas dans un état boule de neige à cause du fort effet de serre", a déclaré Yang.

De plus, ce n'est pas parce qu'une planète est une boule de neige qu'elle est totalement inhabitable, car Les états boule de neige antérieurs de la Terre révélé. Par exemple, les organismes photosynthétiques pourraient en théorie habiter dans des régions de glace mince où la lumière des étoiles pourrait pénétrer, ou dans des zones chauffées par des volcans sans glace, a déclaré Yang.

De plus, lorsqu'il s'agit de planètes situées sur les bords intérieurs de la zone habitable d'une naine rouge, la quantité de lumière qu'elles reçoivent « est suffisamment élevée pour faire fondre la glace et la neige à la surface et maintenir l'eau liquide le jour et même la nuit. ", a déclaré Yang.

Les scientifiques ont détaillé leurs découvertes en ligne le 23 septembre dans la revue Nature Astronomy.


Planet of Lava, une ancienne géante gazeuse

Les poupées matriochka sont une nouveauté populaire pour les touristes qui se rendent en Russie pour ramener à la maison pour leurs enfants. Ces poupées, qui sont des représentations creuses en bois en forme de quilles représentant une femme russe (ou babouchka), sont emboîtées les unes dans les autres, chaque poupée étant plus petite que celle qui l'enveloppe.

Dans un modèle parfait de poupées matriochka planétaires, l'exoplanète Corot 7-b – qui est actuellement l'une des exoplanètes les plus proches en taille et en masse de la Terre – était nichée dans une version beaucoup plus grande d'elle-même. Corot 7-b était autrefois une géante gazeuse d'une masse de 100 Terres, soit à peu près celle de Saturne. Sa masse maintenant : 4,8 fois celle de notre planète.

Comment ce monde rocheux et recouvert de lave est arrivé à son état actuel a été présenté lors de la réunion de l'American Astronomical Society la semaine dernière à Washington, DC par Brian Jackson du Goddard Space Flight Center de la NASA. Corot 7-b a été découvert en février 2009 par le satellite de chasse aux planètes de l'ESA, Convection, Rotation and planetary Transits (CoRoT), et a depuis fait l'objet d'études approfondies.

La planète a un diamètre d'environ 1,7 plus grand que la Terre et un peu moins de cinq fois sa masse. Son étoile a environ 1,5 milliard d'années, un tiers de celle de notre Soleil. Il orbite très près de son étoile, qui ressemble beaucoup à notre propre Soleil, ne prenant que 20,4 heures pour faire le tour de l'étoile. Le système se trouve dans la constellation du Monoceros et se trouve à environ 480 années-lumière.

Cette orbite étroite rend la planète extrêmement chaude, comme à 3 600 degrés Fahrenheit (1 982 degrés Celsius). Il fait suffisamment chaud pour que la croûte de la planète face à l'étoile soit un océan de lave. Étant donné que Corot 7-b est verrouillé par la marée sur son étoile, un seul côté de la planète fait face à l'étoile à tout moment (tout comme nous ne voyons qu'un côté de la Lune depuis la Terre). Du côté opposé de Corot 7-b à son étoile, la température de surface est estimée à un froid négatif de 350 degrés F (négatif 210 degrés C).

Il pleut sur Corot 7-b comme ici, même si vous ne voudriez pas être pris au dépourvu. La pluie sur Corot 7-b est faite de roche, donc même le parapluie le plus lourd ne ferait pas grand-chose pour vous, et l'atmosphère très fine est composée de vapeur de roche. En d'autres termes, nous ne nous tournons pas vers Corot 7-b pour des signes de vie. Ce que nous recherchons là-bas, ce sont des signes de formation et d'évolution planétaire.

Jackson et al. modélisé l'orbite de la planète à l'envers, et a montré que l'étoile a soufflé une grande partie de la matière qui composait la planète dans son incarnation précédente en tant que géante gazeuse. Auparavant, il tournait environ 50 % plus loin qu'il ne l'est actuellement. Le vent stellaire - un flux constant de particules chargées de l'étoile - a interagi avec l'atmosphère gazeuse de la planète, emportant l'atmosphère.

"Il y a une interaction complexe entre la masse que la planète perd et son attraction gravitationnelle, qui augmente les marées sur l'étoile", a déclaré Jackson.

As it was pulled in closer to the star due to the process of tidal migration, more and more of the gas evaporated, and the orbital change of the planet slowed to the distance at which it currently orbits. Once the planet got closer to the star, it also heated up, and this heating process contributed to the mass loss of Corot 7-b. This evaporative process left only the rocky core of the planet.

“CoRoT-7b may be the first in a new class of planet — evaporated remnant cores. Studying the coupled processes of mass loss and migration may be crucial to unraveling the origins of the hundreds of hot, earthlike planets space missions like CoRoT and NASA’s Kepler will soon uncover,” Jackson said.

Many of the extrasolar planets discovered early on were gas giants that orbited close to their stars, so-called “hot Jupiters”. It’s possible that many of them will experience the same or similar fate as Corot 7-b, as we wrote about in an article last April.

Corot 7-b will likely lose more mass because of the proximity to its star, though not at the rate seen previously. What the next planetary matryoshka of Corot 7-b will look like is anyone’s guess. My prediction: turtles all the way down.


Atmospheres Can Collapse on the Dark Sides of Planets

Planets that orbit close to their stars might lose their atmospheres along with any chance of life, but new models show a way in which these planets may retain their atmospheres and habitability.

Rocky exoplanets orbiting M dwarf stars, a type of red dwarf, can become tidally locked and potentially lose their atmosphere. Credit: D. Aguilar/Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

When scientists search the cosmos for potentially habitable planets or alien life, they look to terrestrial planets. A number of rocky, possibly Earth-like, planets orbit around M dwarf stars, a smaller type of star than our Sun. These exoplanets may seem like good possibilities for finding alien life, but because of an M dwarf’s small size, planets orbit close to the star and can become tidally locked. This could potentially lead to the planets’ atmospheres collapsing entirely, rendering them uninhabitable.

At this point, said Daniel Koll, a graduate student at the University of Chicago, nobody knows whether tidally locked exoplanets are habitable. To try and answer this question, Koll researches how atmospheres behave on tidally locked planets and what conditions could prevent atmospheric collapse.

Other researchers have already run general circulation models, which people use to model our own changing climate, for these types of tidally locked exoplanets. What Koll did was devise models based on various basic physical conditions that could occur and see which line up best with those circulation models. Koll says two options exist for how the atmospheres of tidally locked planets can behave: atmospheric collapse or global circulation of the atmosphere.

Entire Atmospheric Collapse

The first option is that the atmosphere collapses entirely. Tidally locked planets always present the same side to their star, much like one side of the Moon always faces Earth, because strong gravitational gradients cause the planet’s orbital and rotational periods to synchronize. The nightside of a locked planet can get very cold, Koll said—temperatures can reach as low as 30 kelvins.

Temperatures that low are below the condensation point of the atmosphere, Koll said. When this happens, the atmosphere freezes and forms ice or nitrogen glaciers on the planet’s surface, leaving no gaseous atmosphere. But the planet doesn’t just settle with one half of it lacking an atmosphere. The atmosphere tries to attain a pressure equilibrium as gas moves from the dayside to the nightside, only to freeze once again. That process would repeat over and over until no atmosphere remained on either side of the planet.

Global Circulation Can Maintain Atmospheres

The other option for a tidally locked atmosphere, the option that Koll studies, is that the planet can effectively redistribute its atmosphere to its nightside without it condensing down. To understand what physics governs these atmospheres, Koll built different properties into his models.

The first was pretty simple: the nightside isn’t one uniform temperature. This nonuniformity brought his model’s results closer to the general circulation model’s line, but not close enough. He next approached the system as a heat engine that works in a way similar to how hurricanes operate on Earth. The atmosphere on the dayside heats up and moves over to the nightside, where it cools down as the planet and atmosphere radiate more heat out into space than heat comes in.

When the cooling atmosphere sinks closer to the planet’s surface, the waves of its movement slow and lose energy. That lost energy emerges as heat, which then warms the atmosphere again so it can make its way back to the dayside. This type of global circulation would retain a planet’s atmosphere because it never gets cold enough to condense out. When Koll plotted his modeling of this behavior, it lined up exactly to the global circulation model baseline.

“More greenhouse gases in the atmosphere make the atmosphere better at moving heat over to the nightside,” said Koll. Planets with thick atmospheres can circulate and retain their atmospheres better as a result.Getting this close to the global circulation models is quite a feat.

A Near-Perfect Fit

Not only did Koll’s models line up almost perfectly with the circulation models, but he also used fairly simple models that he writes out by hand in a composition book. By using such relatively simple models and having such accurate results, Koll feels that he and his colleague are gaining a solid understanding of how the atmosphere behaves on tidally locked planets. This knowledge could help determine which planets could possibly contain life or be habitable.

“Getting this close to the global circulation models is quite a feat,” said Cedric Gillmann, a planetary scientist from the Royal Observatory of Belgium. Even though Koll’s line looks almost too good to be true, Gillmann says that it’s possible to get such accurate models if the basic parameters are correct, which in Koll’s case they appear to be. “It’s a small miracle,” said Gillmann, who, along with Koll, is looking forward to the day when technology allows people to actually observe these exoplanets and their atmospheres.

– Cody Sullivan, Writer Intern

Citation: Sullivan, C. (2015), Atmospheres can collapse on the dark sides of planets, Eos, 96, doi:10.1029/2015EO042551. Published on 29 December 2015.


Could a binary star system have a planet tidally locked to the baricenter?

No. It's an unstable equilibrium. Any perturbation, no matter how small, would cause the planet to accelerate away from the barycentre towards one or other star. Exactly what orbit it would then go into depends on the relative masses of the stars and the ellipticity of their orbits.

If I'm interpreting your question correctly, you're asking if a planet could orbit the baricenter of a binary system, and over time become tidally locked to it (one side always facing it.) This is more conjecture than is probably appropriate for this sub, I'm reasonably confident that the answer to that question is yes, (although I doubt it's been observed.) I believe there would be an orbital sweet spot. sufficiently far from the binary system to ignore individual gravitational effects of the stars, but sufficiently close to lock within the life cycle of the binary system. It would be very interesting to see if this has been modeled.


Edit: I apologize to this community for asking such a foolish question, and potentially wasting everyone’s time. I obviously know the moon is tidally locked, but I know very little about planet science and wasn’t sure of how rare or common the phenomenon is. I suppose I’ll do more research before coming to this sub and asking such a basic question. To those that did help and were so polite in doing so, thank you immensely, you’ve given me a lot to go off of.

I'm trying to come up with interesting settings for a fantasy/sci-fi novel, and this idea came to me. If its possible, what would the atmosphere and living conditions be like for such a planet? I've done a bit of googling to see what people have to say about this topic, but most of what I've read seems to be a lot of mixed opinions and guessing. Any insight would be great to have!

Tidally locked objects in space are quite common. Our moon is tidally locked with Earth, Mercury is *almost* tidally locked with the Sun, in fact there are several moons in our solar system that are tidally locked with their planet. If I remember right the closer the bodies are to each other the more likely they are to be tidally locked. There's not much information on this outside of our solar system due to the difficulty to measure this phenomenon, however there is a concept known as an "Eyeball Planet" (https://en.wikipedia.org/wiki/Eyeball_planet) which I believe would provide you with more insight as to what you're looking for.

Yes, this is very helpful, thank you!

Is it possible for a moon to be always above the same location on a planet?

I was imagining our moon always being above Australia and when the first European settlers arrived them wondering what the big rock in sky was

Edit: Thanks everyone for the great replies. Would be a fun story for someone to write

The closer an orbiting body is to its. orbitee? (word for this?)

. the more likely they are to be tidally locked .

would that be tantamount to:

. become tidally locked more quickly. ?

I believe a gas giant was found that is tidally locked and too close to it's star.

So just build the bedroom on the dark side and your living room on the light side. Sorted!

2 4 4 2

Not only is this possible, it's the fate of all planets eventually. Planet and moon rotations slow down with time, so that eventually they become tidally locked. Planets might escape this fate if their star explodes first.

Here's a thread of people listing books about tidally locked planets. Don't let that stop you from writing your own -- everything has been done in fiction already, but no one's ever done it your way!

Not only is this possible, it's the fate of all planets eventually.

It depends on the amount of spin and orbital angular momentum in the system. In the classical 2 body problem the three scenarios are collision, tidal equilibrium or ejection. For n-body problems this gets significantly more complicated.

Essentially, while tidal evolution tends towards aligned synchronous states this is not the full story. Venus for example is thought to be in balance and will not perfectly lock into a 1-1 resonance as torque from the conventional tide and the atmospheric tide have opposite sign. This highlights that tidal locking is not always a perfect end state.

There is also the intriguing possibility of inverse tides. Two mechanisms (three if you count atmospheric tides having an opposing torque) can possibly cause inverse tides (which results in migration opposite to the conventional direction, excitation of eccentricity etc).

In general though tidal locking will be what astrophysical objects tend towards.


5. CONCLUSIONS AND IMPLICATIONS FOR HABITABILITY

We have explored the effect of synchronous rotation on terrestrial exoplanetary mantle and surface evolution. While planets around M-stars such as Gliese 581 may be expected to have atmospheres in general (which were not modeled here), our results provide a baseline geodynamical framework upon which such complexities may be added. Exploring a range of orbital conditions, from fluxes corresponding to Gliese 581 d to Gliese 581 c, we found two main phases of planetary evolution: a transient stage of pervasive high-degree convection and a culminating period of degree-1 convection. The timescale dictating the transition between these two evolutionary stages is controlled largely by the Rayleigh number. We find a gradient of surface temperatures ranging from 850 K to below 270 K, and hence regions either at the surface, or shallow subsurface, which may support stable liquid water. Lastly, we extrapolate our results to planets receiving higher stellar fluxes. With sufficiently high temperatures, a silicate lithosphere may melt and even support persisting localized magma oceans.

Two aspects of planetary evolution explored here may be directly detectible. A large temperature dichotomy on an atmosphere-less tidally locked planet may be detectible by measuring a thermal phase curve as described by Seager & Deming (2009). Second, with advances in detection techniques, potentially degassing magma ponds may provide a transient or permanent atmosphere which can be detected in the future, as has been done for transiting giant gas planets (e.g., Charbonneau et al. 2002 Vidal-Madjar et al. 2010).

The search for exoplanets has produced an array of exotic planets whose orbital conditions and surface environments are not found anywhere in our solar system. At the core of the exoplanet search is the hunt for habitable environments beyond Earth. Many workers propose that liquid water is a pre-condition for life due to its efficient transport of biochemical material and link to carbon-based biology (e.g., Hart 1978 Kasting & Catling 2003). This has led many to define a habitable zone: a range of semimajor axes in which stellar heating allows an Earth-like planet to have surface temperatures permitting liquid water. Using this definition, weak stars such as Gliese 581 may support tidally locked planets just outside the habitable zone which would normally be dismissed as uninhabitable. However, based on these results, a planet which does not strictly lie within the habitable zone may still support liquid water on its surface, or shallow subsurface, in certain regions of the planet. Thus, instead of assuming or precluding liquid water on planets like Gliese 581 c and d, tidally locked mantle and climate patterns (Joshi 2003) must be combined and assessed to determine the surface environment, keeping in mind this may vary greatly from the substellar to antistellar regions.

We gratefully acknowledge funding from NSF Astronomy CAREER grant 0747154, the MIT Undergraduate Opportunities Program, and from NSF REU. We also acknowledge preliminary work done by Anita Ganesan. This manuscript benefited from the thoughtful review of an anonymous reviewer. Lastly, we thank Steven Kawaler for his editorial efforts.