Свойства гипотетической планеты "Х" в поясе Койпера

[vsevolodson]

Т.н. "Kuiper cliff" входит в десятку необъяснимых научных явлений, согласно NewScientist.
Суть явления в том, что в промежутке 50..55 АЕ (между резонансами 1:2 и 2:5 с Нептуном) находится якобы слишком малое кол-во объектов. Bernstein, Trilling et al заключили, что сей эффект не является наблюдательным, а реальным. Это послужило основанием для очередной спекулятивной гипотезы о планете "Х" с массой между земной и марсианской.

Пофантазируем и представим что там действительно планетка с массой примерно в половину земной. Какие свойства могут быть у такой планеты? Какой состав атмосферы? Плотность? Температура у поверхности?

[armadillo]

Лучше начни с орбиты. Придумай стабильную.

[vsevolodson]

Вот здесь предлагается вытянутая орбита между 100 и 200 АЕ, которая могла бы подойти для объяснения. Соответственно объект с массой от 0,3 до 0,7 земных.

[armadillo]

от 100ае влияет на кол-во объектов в 50-55ае? Непонятно.

По типу объекта - зависит от того, может ли он удержать водород (по удалению от Солнца).

[vsevolodson]

от 100ае влияет на кол-во объектов в 50-55ае? Непонятно.

ну почитайте статью
резонансы начиная с ~50АЕ начинают разгонять койперов, как я понимаю

[vsevolodson]

В результате рассчёта для разных значений полуоси орбиты и альбедо, у меня получилось что абсолютный максимум температуры равновесия не превышает 40К, а средняя температура ~20K (с разбросом от 10 до 30 К). Это без учёта вероятной атмосферы получается.

[vika vorobyeva]

В таком случае мы получаем гигантский койпероид - наполовину каменный, наполовину ледяной, прошедший гравитационную дифференциацию. На поверхности - азотный иней, возможно, с примесью инея угарного газа, тонкая азотная атмосфера находится в равновесии с ним. Альбедо высокое. Хороший аналог - Эрида.
Только мне кажется, что такую планету (которая из-за больших размеров должна быть в несколько раз ярче Эриды) уже давно обнаружили бы.

[vsevolodson]

А не удержит ли водород, гелий и неон?
Если атмосфера будет сколько-нибудь плотная, то альбедо будет непредсказуемо - так как облака могут повлиять сильно.

ЗЫ
Что скорее - микронептун или мегатритон?
Водород, неон и азот могут вымерзнуть.

[armadillo]

Все равно даже каменистая слишком яркая. Ну и рассчитывается по возмущениям Нептуна, если имеет место.

[vsevolodson]

Вторая космическая скорость у меня получилась равной 8151(+778/-1235) м/с.

Испытываю затруднение с рассчётам температуры экзобазы. Помощь приветствуется.

[bob]

ну почитайте статью
резонансы начиная с ~50АЕ начинают разгонять койперов, как я понимаю

Лень вчитываться, но всё ясно. Он обнаружил некий "люк" в распределении койпероидов. Ну и возмущение орбиты Нептуна. И хочет объяснить его наличием небольшой планеты, вроде Марса, частично очистившей свою зону аккреции и питания от койпероидов столкновениями и пертурбацией. Первое и главное: эта планета должна быть очень тёмного цвета, с низким альбедо. Это позволило бы ей замаскироваться среди койпероидов. Их альбедо условно принимается равным "колотому льду". Что, кстати, весьма условно (Плутон красноватенький, например). То есть, если ТНО находят по параллаксу, то "диаметр" ему приписывают по световому потоку от предполагаемого колотого льда, освещённого Солнцем (если он не достаточно велик для визуального замера диаметра). Представим себе, что он покрыт не льдом, а тёмным базальтом. В этом случае оценка определения диаметра будет занижена почти в три раза. Так что такой "базальтовый марс" может замаскироваться под койпероид, и не быть обнаружен. Такая планета не может иметь плотной атмосферы, так как большинство газов при тех температурах превращаются в лёд. Что повысило бы альбедо обратно до "колотого льда" и демаскировало бы "базальтовый марс". Он был бы беленьким, и его истинные размеры проявились бы для телескопов.

[vsevolodson]

bob, т.е. если бы там была планета, то её масса/размеры/альбедо скорее ближе к нижним пределам?

Уважаемые участники, вопрос темы немного не в оценке реальности существования "планеты Х".

Пофантазируем и представим что там действительно планетка с массой примерно в половину земной. Какие свойства могут быть у такой планеты? Какой состав атмосферы? Плотность? Температура у поверхности?

[bob]

bob, т.е. если бы там была планета, то её масса/размеры/альбедо скорее ближе к нижним пределам?

Да. Иначе бы её давно нанесли на карту. Крупные "стандартные" ТНО давно открыты все. Осталось только некаталогизированная мелкота. И искомая планета должна замаскироваться под такую мелкоту, чтобы не быть открытой. Проще всего это сделать низким альбедо. То есть её, по умолчалову, считают ледяной рыхлой планеткой с одним диаметром, а она плотная, из тёмных булыжников, из железа и камня, с совсем другим диаметром. Её фактический диаметр, допустим, тыщи две-три, а числится она в общем каталоге, как ТНО с диаметром всего километров 700-800. Но, в этом случае, она должна была бы мигрировать из земной группы. Даже здесь альбедо Марса и Меркурия повыше, а в поясе Койпера, теоретически, исходно не было тяжёлых элементов. Если большинство койпероидов - это несостоявшиеся спутники, вроде Энцелада и Мимаса, то такая планетка должна была бы быть выброшена пертурбацией из местных краёв, примерно с нашей орбиты. Полностью исключать такой возможности нельзя. Но очень, очень маловероятно.

[vsevolodson]

Её фактический диаметр, допустим, тыщи две-три

при плотности не более 4 тонн на кубометр её диаметр будет от 9,5 мегаметров (и до ~15)

Но, в этом случае, она должна была бы мигрировать из земной группы.

не обязательно
атмосфера может "испортить" высокое альбедо
к тому же, надо учитывать наклонение к эклиптике, которое, согласно статьям, у этой планеты может быть до 30 градусов

[bob]

атмосфера может "испортить" высокое альбедо

Нечем портить. Чёрные тучи только у Лема бывают. Атмосфера всегда помогает только поднять альбедо (ну, если не считать всякой экзотики).

[bob]

при плотности не более 4 тонн на кубометр её диаметр будет от 9,5 мегаметров (и до ~15)

Тогда её не замаскируешь. Она была бы обнаружена современными средствами уже лет двадцать тому назад.

[vsevolodson]

атмосфера может "испортить" высокое альбедо

Нечем портить. Чёрные тучи только у Лема бывают. Атмосфера всегда помогает только поднять альбедо (ну, если не считать всякой экзотики).

Вот я и пытаюсь выяснить, что там может быть. Найти бы ещё температуру экзобазы.

[vsevolodson]

Предварительно получается очень слабая атмосфера из неона (с примесями гелия), так как ни водород, ни даже гелий - удержаться толком не смогут. Возможно даже существование неоноёмов:

2. Субземли
Планетары размерами порядка Марса и больше (0,05 — 0,5 МЗ) обладают горячими недрами и более-менее вулканически активны даже без приливного воздействия. Если извержения достаточно часты, то они обеспечивают планету  разреженной, неоднородной и нестабильной атмосферой из микроскопических пылинок. Для удержания нормальной газовой атмосферы тяготения планетара недостаточно — вулканические газы улетучиваются с планеты (водород и гелий) или замерзают (все остальные вещества). Также и при проходе сквозь молекулярное облако планетар захватывает не молекулы, а лишь пылинки, которые оседают на его поверхность в виде рыхлого грязного снега.
3. Неоновые земли
Планетар массой 0,6-0,8 МЗ уже способен удержать атмосферу из азота, неона и угарного газа. Молекулы этих веществ довольно редки в космосе, и поэтому атмосферы из них образуются весьма разреженные. Азот и угарный газ накапливаются до тех пор, пока их парциальное давление не достигнет давления насыщенного пара (оно сильно зависит от температуры, но не превышает 0,1 кПа для азота и 0,01 кПа для СО). После этого рост давления прекращается, и вновь поступающие молекулы осаждаются только в твёрдом виде. Неон же остаётся газообразным и при более высоком давлении, поэтому у старых блуждающих планет этой группы атмосферы в основном неоновые. Поверхность их покрыта азотно-угарным льдом. Существуют немногочисленные неоновые земли с температурой в узком диапазоне около 25 К и давлением выше 43 кПа (0,04 атм), на которых присутствует жидкий неон в виде облаков или небольших водоёмов, покрытых коркой азотного льда. За время жизни планетара (до 10 млрд. лет) плотность атмосферы никогда не достигает значений, при которых начинается парниковый эффект, и температура не поднимается выше 30-40 К

http://robert-ibatullin.narod.ru/planetar.html

[armadillo]

СубземлиПланетары размерами порядка Марса и больше (0,05 — 0,5 МЗ) обладают горячими недрами и более-менее вулканически активны даже без приливного воздействия.

и сильно Марс активен СЕЙЧАС даже при лучевом и приливном воздействии?

[vsevolodson]

Все равно даже каменистая слишком яркая. Ну и рассчитывается по возмущениям Нептуна, если имеет место.

таки не прочитали
The outer planet later acquired an inclinedstable orbit (>100 AU; 20-40 deg) because of a resonant interaction withNeptune (an r:1 or r:2 resonance possibly coupled with the Kozai mechanism),guaranteeing the stability of the trans-Neptunian belt.

[vika vorobyeva]

Друзья, не забываем о совокупном излучении звезд галактического диска, благодаря чему температура межзвездной пыли составляет 17-25К. Соответственно, температура поверхности нашей гипотетической планеты не может быть ниже этих значений. А это значит, водород не вымерзнет (температура тройной точки молекулярного водорода как раз около 20К).
То есть планета, хотим мы этого или нет, должна быть очень яркой. На расстояниях больше 100 а.е. любая атмосфера (кроме водорода, гелия и неона) осядет инеем на поверхность. Даже если у нас будет базальтовый шар (хотя в чисто каменную планетку в транснептуновом пространстве верится с трудом), пара миллиметров азотного инея резко поднимет альбедо и испортит нам всю малину

[vsevolodson]

А как насчёт неоновых облаков? Они не могут быть вдруг тёмными? А если примесь, нам пока неизвестная - ?? Кстати в статье, которую я привёл в ответе №17 говорится о вероятной запылённости разрежённой атмосферы. Т.е. мы могли бы увидеть там нечто вроде Марса по характеру атмосферы и массе и размерами с Землю.

Насколько вероятно исключение такой планеты наблюдениями (с учётом высокого наклонения и крайне медленного передвижения по небу)?

[vsevolodson]

Льды льдами, а очень многие занептунские объекты имеют альбедо 0,1 и ниже.

[bob]

пара миллиметров азотного инея резко поднимет альбедо и испортит нам всю малину

О чём и речь. Поэтому плуто-марс никак не прокатывает. Даже если лёд очень грязный, как на Ио или Каллисто, всё равно альбедо даст погрешность, ну, в полтора-два раза. Но никак не в десяток. Так что для изготовления такой планетки, пришлось бы её образовать в районе орбиты Меркурия, хорошо прокалить, до полной диссипации атмосферы, и отмигрировать её в Койпер. Маловероятно. Нельзя сказать, что совсем полностью невероятно (малые тела склонны выметаться на периферию системы пертурбациями, иначе бы пояса малых тел не образовались и даже Марс и Церера не заняли бы своих мест), но вполне маловероятно.

[bob]

Льды льдами, а очень многие занептунские объекты имеют альбедо 0,1 и ниже.

Не припоминаю. А о каких идёт речь? Это ведь почти альбедо свежего асфальта...

[vika vorobyeva]

А как насчёт неоновых облаков? Они не могут быть вдруг тёмными?

Не могут.
Жидкий неон - бесцветная прозрачная жидкость. Неоновые облака должны быть белыми.

Кстати, у инертных газов очень узкий диапазон их пребывания в жидком состоянии. Температура плавления неона при н.у. 24,5К, кипения - 27,1К. Так что насчет неоновых водоемов я сильно сомневаюсь...

[armadillo]

Assuming a generic trans-Neptunian albedo of 0.09, it would be about 735 km in diameter.

http://en.wikipedia.org/wiki/2010_KZ39

[vika vorobyeva]

Льды льдами, а очень многие занептунские объекты имеют альбедо 0,1 и ниже.

Да.
Это происходит оттого, что метановый лед, миллиарды лет лежащий под ультрафиолетовым излучением Солнца и звезд, а также космическими лучами, разрушается с потерей водорода и образованием сложных полиароматических углеводородов (в пределе - вообще до сажи). Поэтому многие глыбы, летающие за орбитой Урана, действительно очень темные. Но! Малейшая геологическая или атмосферная активность маскирует этот эффект. Для того, чтобы наша планетка была черной, она миллиарды лет должна быть строго мертвой.
Что довольно странно для такого сравнительно большого небесного тела.

[armadillo]

Так причин быть активным нет.  Если даже Марс утих.
В пределе можно и такое альбедо преставить
http://ru.wikipedia.org/wiki/%2884522%29_2002_TC302

В общем, имхо, если такая планета есть, она вычисляема по возмущениям от нее. Если искать, то плясать отсюда.

[vsevolodson]

Льды льдами, а очень многие занептунские объекты имеют альбедо 0,1 и ниже.

Не припоминаю. А о каких идёт речь? Это ведь почти альбедо свежего асфальта...

ну например вот этот список

Что довольно странно для такого сравнительно большого небесного тела.

Вовсе нет. Объекты, состоящие из легколетучих веществ, лучше перемешиваются и постоянно "испаряются", быстрее конвективно и "аблативно" избавляясь от своих запасов тепла.

И всё-таки, напоминаю, что тема немного не об этом. Тема о "если бы да кабы".
Вика! Вы же знаете как рассчитать температуру экзобазы. Почему не делитесь? 

[vika vorobyeva]

Вика! Вы же знаете как рассчитать температуру экзобазы. Почему не делитесь? 

Давайте вводную
Орбита, масса планеты, ограничения на состав и т.п. Попробую посчитать.

[vsevolodson]

Орбита: a = 150AE, e = 1/3, i = 30°, p ~= 480 лет;
Масса: ~1/3M♁ = 2*10²¹тонн;
Радиус:  5Мм ~ 0,785R♁;
Плотность: 3,82 тонн на кубометр;

Про атмосферу можно сказать лишь только то, что она разреженная (0,001..1 земной), вероятно, запылённая и состоит преимущественно из неона, возможно, с примесями гелия и, возможно, дейтерия.

[bob]

ну например

Спасибо. Там, кстати, есть шикарная иллюстрация того, о чём я писал выше: разница в ожидаемых диаметрах одного и того же объекта, в зависимости от разных ожиданий о составе его поверхности. Как говорится, планетку не узнать...

[vsevolodson]

пояснение к картинке от капитана очевидность
(910 / 430)² ~= 0,26 / 0,06
т.е. уменьшая альбедо в 4 раза мы повышаем диаметр в 2 раза и массу в 8 раз (при постоянном H)

[bob]

т.е. уменьшая альбедо в 4 раза мы повышаем диаметр в 2 раза и массу в 8 раз (при постоянном H)

Cовершенно верно. 2х2=4, 2х4=8. Линия, квадрат и куб. Действительно очевидно. 

[vsevolodson]

Таким образом, чтобы замаскироваться под неприметный объект рассеянного диска диаметром до 700-800км, альбедо планеты (диаметром 8000-10000км) должно быть в 100-200 раз меньше предполагаемого.
Т.е. альбедо планеты должно быть в пределах 0,01..0,001, что весьма необычно. Наверное планета должна состоять из тёмной материи 

PS
Погуглил "lowest known albedo". Получается, что наиболее низким альбедо обладают океаны (вспоминаем про возможность жидкого неона на поверхности) или какая-нибудь экзотика вроде кудрявого углеродного леса на поверхности.
http://rnd.cnews.ru/natur_science/news/top/index_science.shtml?2011/11/11/464202

 

[bob]

Таким образом, чтобы замаскироваться под неприметный объект рассеянного диска диаметром до 700-800км, альбедо планеты (диаметром 8000-10000км) должно быть в 100-200 раз меньше предполагаемого.
Т.е. альбедо планеты должно быть в пределах 0,01..0,001, что весьма необычно. Наверное планета должна состоять из тёмной материи 

Об чём и речь. Поэтому я и сказал, что она должна быть из свежеуложенного асфальта. Не бывает таких планет.

[vsevolodson]

Кто знает, какая экзотика может быть в тех неведомых краях. Возможен эффект вроде тающего грязного снега, создающего кудрявую, дырявую и зернистую поверхность с экстремально низким альбедо. Вроде того, как на картинке ниже, только в меньших, конечно, масштабах:

[vika vorobyeva]

Орбита: a = 150AE, e = 1/3, i = 30°, p ~= 480 лет;
Масса: ~1/3M♁ = 2*10²¹тонн;
Радиус:  5Мм ~ 0,785R♁;
Плотность: 3,82 тонн на кубометр;

Ну ладно, поехали.
Сначала тепловой режим.
Итак, расстояние от планеты до Солнца меняется от 100 а.е. в перигелии до 200 а.е. в афелии. Температура единичной площадки поверхности будет соответствовать тепловому балансу между полученной и излученной энергией. Для состояния локального лучистого равновесия получим:
σ T⁴ = E_star + E_sol + E_внутр,
где Т - искомая температура (нам надо е определить),
E_star - совокупная энергия, полученная от звезд галактического диска,
E_sol - энергия, полученная от Солнца,
E_внутр - тепловой поток из недр,
σ - постоянная Стефана-Больцмана = 5.67 10^-8 Вт/(м² K⁴).

Попробуем оценить все три слагаемых.
Известно, что температура межзвездной пыли находится в интервале 17-25К. Возьмем среднее значение (20К) и вычислим поток энергии, необходимый для нагрева пыли до этой температуры.
E_star = σ (20K)⁴ = 9 10^-3 Вт/м²
E_sol в перигелии (100 а.е.) = 1367 Вт/м²/10⁴ = 0.1367 Вт/м²
E_sol в афелии (200 а.е.) = 0.0342 Вт/м²
Пренебрежем пока внутренней энергией.
В этом случае в подсолнечной точке в перигелии поверхность нагреется до 40 К.
В подсолнечной точке в афелии поверхность нагреется до 29.5 К.
На ночной стороне температура поверхности не опустится ниже 20К (температура межзвездной пыли).

Теперь попробуем оценить вклад теплового потока из недр.
Согласно Википедии тепловой поток из недр Земли в среднем составляет 0.08 Вт/м²
Учитывая, что масса планеты Х составляет 1/3 массы Земли, сделаем 2 предположения.
Первое (максимальный поток) - что тепловой поток из недр планеты Х равен 1/3 земного (0.027 Вт/м²),
второе (минимальный поток) - сто тепловой поток из недр на порядок меньше (0.0027 Вт/м²).
В случае даже максимального теплового потока температура подсолнечной точки в перигелии составит 42 К (разница, как мы видим, небольшая), в афелии - 33 К, на ночной стороне - 28 К.

Продолжение следует.

[vsevolodson]

у меня получилось нечто похожее 28⁺¹⁴/_-7 °K

PS
интересно, что в этом диапазоне 21..42 К есть несколько точек фазовых переходов:
- при 20,хх К испаряется H₂ и HD
- при 23,65 К испаряется D₂
- при 24,55 К плавится неон
- при 27,07 K испаряется неон

[vika vorobyeva]

Теперь о планете в целом.
Имея массу, равную 1/3 от массы Земли, планета Х однозначно будет обладать серьезной геологической и тектонической активностью. Она пройдет гравитационную дифференциацию и будет иметь металлическое ядро, силикатную мантию, жидкую или частично жидкую водно-аммиачную мантию и кору из водяного льда. Наиболее летучие соединения (метан, аммиак, угарный газ и пр.) будут выброшены на поверхность в процессе дегазации недр (криовулканизм, гейзеры, разломы в коре). Дальше с ними будет происходить много разного и интересного.
Так, аммиак будет разрушаться под действием ультрафиолетового излучения Солнца и звезд с образованием азота и молекулярного водорода (аналогичный процесс создал азотную атмосферу на Титане). Но, в отличие от Титана, наша планета имеет в 15 раз бОльшую массу и водород удержит! Во всяком случае, он если и будет улетучиваться, то довольно медленно, так что атмосфера планеты Х может быть достаточно плотной. При температурах 20-42К молекулярный водород будет жидким или газообразным, но не твердым.
Кроме водорода, в этой атмосфере могут быть: угарный газ, неон, пары азота, однако гелия почти не будет.
При оттоке водорода метановый снег под действием УФ-излучения разрушается сначала с образованием сложных полиароматических углеводородов, а потом сажи. В присутствии же водорода там будет куча органики, в виде инея лежащей на поверхности. Органика может быть оранжевой (толины, как на Титане), но вряд ли густо-черной.

Кстати, оценим устойчивость водородной атмосферы планеты Х.
При массе 2 10²⁴ кг и радиусе 5 10⁶ м вторая космическая скорость планеты Х составит 7.3 км/сек. Для устойчивости атмосферы атомы атмосферных газов должны иметь среднюю скорость хотя бы в 6 раз ниже, т.е. ниже 1.22 км/сек. Средняя скорость молекул водорода достигает 1.22 км/сек при температуре 173К. Т.е. водородная атмосфера планеты Х будет устойчива с большим запасом и может достичь значительной плотности, сравнимой с плотностью атмосферы Титана!
В такой атмосфере обязательно будут облака, причем (возможно) в несколько ярусов. Азотные облака просто напрашиваются. Но они белые, так что альбедо планеты будет высоким.

Вообще, наличие плотной водородной атмосферы полностью ломает все предыдущие расчеты. Из-за высокого альбедо большая часть солнечного света может излучаться обратно в пространство. С другой стороны, атмосфера может создать сильный парниковый эффект (даже десяток кельвинов очень сильно скажется на химии и метеорологии приповерхностного слоя). В любом случае можно гарантировать, что планета Х будет живым интересным миром (хоть и очень странным с нашей точки зрения).

[vsevolodson]

Средняя скорость молекул водорода достигает 1.22 км/сек при температуре 173К. Т.е. водородная атмосфера планеты Х будет устойчива с большим запасом и может достичь значительной плотности, сравнимой с плотностью атмосферы Титана!

Температура экзобазы может быть выше и 200К. У Земли эта температура почему-то составляет 1000К. Насчёт водорода, в общем, есть сомненья.

однако гелия почти не будет.

а гелий куда делся?

в этой атмосфере могут быть: угарный газ, неон, пары азота

угарный газ и пары азота имеют температуры плавления далеко за 50К
думаю они скорее будут твёрдыми

[vika vorobyeva]

Еще раз посмотрела свойства нескольких веществ.
Водород плавится при 14К, кипит при 20,3К (при 1 атм.) В атмосфере планеты Х однозначно будет газом.
Азот - температура плавления 63.3К, кипения - 77.4К. Если исключить очень плотную (несколько атмосфер) водородную атмосферу и вызванный ею мощный парниковый эффект, на поверхности и в облаках планеты Х будет твердым.
Угарный газ. Температура плавления 68К, тоже будет твердым.
Неон. Температура плавления 24.5К, температура кипения 27.1К (при 1 атм.) Вполне может активно участвовать в метеорологии, если его будет достаточно много. В зависимости от конкретных условий может то выпадать инеем, то возгоняться, а то и образовывать небольшие водоемы (но последнее маловероятно - слишком мал температурный интервал, в котором неон является жидкостью).
По ходу откопала, что растворимость неона в водороде составляет величину ~ 10^-4

[vika vorobyeva]

Температура экзобазы может быть выше и 200К.

У Ганимеда и Каллисто температура экзосферы составляет 160К, у Плутона и Тритона - около 100К. С чего бы нашей далекой планете иметь температуру экзосферы в 200К?

[vika vorobyeva]

однако гелия почти не будет.

а гелий куда делся?

Вряд ли водород и гелий будут захвачены из протопланетного облака, для этого у планеты Х слишком малая масса. Я предположила, что водородная атмосфера имеет вторичный характер и образовалась в результате дегазации недр и фотодиссоциации аммиака. Впрочем, не настаиваю, может быть и немного гелия (из-за распада радиоактивных элементов в мантии и просачивания получившегося гелия в атмосферу).

[vsevolodson]

У Ганимеда и Каллисто температура экзосферы составляет 160К, у Плутона и Тритона - около 100К. С чего бы нашей далекой планете иметь температуру экзосферы в 200К?

не знал, спасибо
тройная точка неона - 24,55К / 0,433 бар
т.е. при наличии достаточно мощной водородно-гелиевой атмосферы неон может быть жидким (но только "зимой")

[vsevolodson]

Я тут пересчитал кое-что: внутренний тепловой поток + внешнее галактическое облучение = уже дают 28..29К. Возможность для жидкого неона или водорода сохраняется только при повышении атмосферного давления. При температурах 30-40 К это несколько атмосфер.

[armadillo]

метеорология должна выходить при значительной атмосфере и суперротации.

[vsevolodson]

Я тут пересчитал кое-что: внутренний тепловой поток + внешнее галактическое облучение = уже дают 28..29К.

Причём вклад внутреннего тепла сравним со звёздным облучением. Т.е. при снижении внутренней тепловой мощности до 1ТВт минимальная температура поверхности падает до 22К.

[vsevolodson]

Ещё один интересный момент. Вычисленный температурный режим (30..40К) почти полностью соответствует температурному режиму Тритона (38К), Плутона (33..55К) и Эриды (30..55К) за счёт разности в альбедо и собственной тепловой мощности.

Разница будет лишь в плотности атмосферы - на планете Х кроме непостоянной разреженной азотной составляющей (0,1-10 Па) появляется ещё и водородно-гелиево-неоновая составляющая.

PS
если бы ещё выяснить ограничения на парциальные давления водорода, гелия и неона...

[vika vorobyeva]

Еще немного посчитала всякое.
Ускорение свободного падения на поверхности оказалось равным 5.34 м/с². Эффективная высота атмосферы для 30К и чисто водородного состава - около 23 км. В общем, получается что-то вроде большого крио-Титана: протяженная плотная атмосфера, азотные облака в тропопаузе, ветровая эрозия на поверхности, дюны из всевозможной твердой органики. Жидкости на поверхности, скорее всего, не будет - для жидкого водорода там слишком жарко, для жидких азота и угарного газа - слишком холодно, а у неона слишком узкий температурный диапазон между плавлением и кипением. Это все - при уже замершей тектонике.
В случае активного криовулканизма - собственно, криовулканы, извергающие водно-аммиачный раствор. И/или медленное движение ледяных плит по полужидкой или полностью жидкой мантии (аналог тектоники плит на Земле). В любом случае - высокое альбедо планеты (пусть и не 0.7, как у Венеры, но и не 0.01, как тут предлагали).
В Солнечной системе такой планеты нет, но в принципе она могла бы быть. И наверняка в других планетных системах есть что-то похожее.

[vsevolodson]

Эффективная высота атмосферы для 30К и чисто водородного состава - около 23 км. В общем, получается что-то вроде большого крио-Титана: протяженная плотная атмосфера, азотные облака в тропопаузе, ветровая эрозия на поверхности, дюны из всевозможной твердой органики.

интересный момент
т.е. вы хотели сказать, что атмосфера будет тонкой, но плотной

в пересечении проекции орбиты планеты и млечного пути вполне могла бы скрыться

[vika vorobyeva]

интересный момент
т.е. вы хотели сказать, что атмосфера будет тонкой, но плотной

Почему тонкой? Наоборот, она будет в несколько раз протяженнее земной атмосферы.
Под эффективной высотой атмосферы я понимала не высоту экзосферы, а тот параметр, что входит в барометрическую формулу:
p(h) = p₀ exp(h/h₀),
где p₀ - атмосферное давление на неком "нулевом" уровне,
h - высота над этим уровнем,
h₀ - эффективная высота атмосферы - т.е. высота, на которой давление падает в е раз.
На Земле эта эффективная высота близка к 8 км.

[vsevolodson]

Спасибо за разъяснение. Я подумал что более низкая температура будет приводить к меньшей толщине атмосферы и что этот эффект будет решающим.

[bob]

Спасибо за разъяснение. Я подумал что более низкая температура будет приводить к меньшей толщине атмосферы и что этот эффект будет решающим.

Смотря, что считать толщиной. На Плутоне, к примеру, предполагается атмосфера не намного плотнее хвоста кометы. Но, при этом, давление, характерное для земной атмосферы на 140-160 км высоты достигается только тысячах на трёх, а атмосферный хвост - до десятка тысяч. Из-за низкой гравитации давление почти не меняется с высотой, что может даже создать угрозу для беспосадочных миссий (в такой атмосфере нельзя пользоваться парашютом, а вот сгореть в ней можно, не долетев до поверхности тысячи км.).

[vsevolodson]

AMC при пролётах около комет вроде не сгорали.

[bob]

AMC при пролётах около комет вроде не сгорали.

Там толщина маленькая. Если бы область головы кометы продолжалась тысячи км. - сгорели бы.

[AlAn]

AMC при пролётах около комет вроде не сгорали.

Там толщина маленькая. Если бы область головы кометы продолжалась тысячи км. - сгорели бы.

А разве у комет голова не превышает размер Солнца, в некоторых случаях

[bob]

А разве у комет голова не превышает размер Солнца, в некоторых случаях

Иногда превышает. Дело не в этом. Ещё раз про Плутон: "атмосфера не намного плотнее хвоста кометы, давление, характерное для земной атмосферы на 140-160 км высоты достигается только тысячах на трёх, а атмосферный хвост - до десятка тысяч". Этого вполне достаточно, чтобы повредить аппарат. В комах комет зонды, конечно, не сгорали. Но, всё-таки условия разные. У комет такого давления всё-же не бывает.

[vsevolodson]

Так возможна ли такая холодная планетка, на которую ни сесть, ни на близкую орбиту не выйти технически?

[bob]

Так возможна ли такая холодная планетка, на которую ни сесть, ни на близкую орбиту не выйти технически?

Сесть-то всегда можно. Вопрос, как сесть. С какими затратами. Даже в случае Марса это очень наглядно. У него атмосфера тоже очень разрежена, но недостаточно сжата. Из-за этого низкие орбиты невозможны, а при посадке приходится применять аэродинамическое торможение корпусом до опасно малой высоты, раскрывать тормозной парашют (но на этом парашюте нельзя сесть!), в нескольких сотнях метров над поверхностью срочно отстреливать этот парашют, и садиться снова реактивной тягой. В общем - гемор. На Землю и то проще сесть. Вот есть предположение, что Плутон может таким и оказаться, только с местной спецификой.
Хорошие объекты для посадок - мелкие и безатмосферные: медленно вращающиеся астероиды, хорошо выпаренные короткопериодические кометы, дальние мелкие спутники больших планет, мелкие кентавры и койпероиды. Подлетел-причалил-отчалил-улетел. Атмосфера и гравитация у таких тел пренебрежима, и всё упирается только в задачу стыковки, как с большой станцией. А вот с крупными спутниками планет и крупными койпероидами при взлётно-посадочных операциях возможны непредвиденные засады.
А специфика Плутона может касаться и поверхности. "Луна"-то, конечно - "твёрдая", как подписал Сергей Палыч. Но один чёрт знает, как поведёт себя эта твёрдая поверхность, миллиардами лет замороженная почти до абсолютного нуля при касании зонда или его реактивной струи. И как поведут себя детали зонда на такой поверхности и в такой атмосфере. Дело может кончиться взрывом впервые размороженных газов, не знавших поднесённой спички. А металлы при таком холоде хрупки как сахар.
Даже реактивная посадка на водяной лёд - опасное занятие. А если попадётся углекислый сухой лёд, или азотный? Термический взрыв и провал до самого дна, и сия пучина поглотит навеки.

[bob]

В общем, что первым делом приходит в голову. На всякий случай, погасить факел в нескольких десятках метров над поверхностью, отлететь на несколько десятков метров вбок и садиться на более холодном сжатом газе с охлаждёнными посадочными опорами, как аэромобиль. А потом уже экспериментировать, можно ли было садиться на эту поверхность прямо и тупо. Не исключено, что поверхность хорошо загрязнена и присыпана сверху песочком. Тогда можно садиться тупо, как на Луну. Но так ли это, покажет миссия "Новых Горизонтов".

[SpaceEngineer]

Добавьте к такой планетке широкую систему колец - тогда невозможны будут и средние орбиты. Садиться и взлетать можно будет только при постоянно включенной тяге, чего нынешняя техника не позволяет.

[bob]

Добавьте к такой планетке широкую систему колец - тогда невозможны будут и средние орбиты. Садиться и взлетать можно будет только при постоянно включенной тяге, чего нынешняя техника не позволяет.

Да. Вот сейчас спорят, не гробанётся ли пролётный зонд ("Горизонты") при проходе Плутона. В смысле, нет ли там не просто колец, а балджа из ледяных частиц. Единственное, что косвенно говорит против подобных явлений - наличие массивного Харона на небольшом расстоянии. Он бы, по идее, дестабилизировал любые кольца или осколочные облака. Но это можно только проверить на месте.

[vsevolodson]

опять же, через хвост комет зонды пускали - и ничего
никаких метеорных частиц не боялись

[SpaceEngineer]

Имхо кольцо может окружать Плутон и Харон одновременно. Мелкие спутники - самые большие фрагменты этого кольца. Вряди ли такое кольцо устойчиво, это скорее рой обломков, образовавшийся недавно.

[bob]

опять же, через хвост комет зонды пускали - и ничего
никаких метеорных частиц не боялись

Боялись. Ещё как боялись. Но частиц бояться - в хвост не ходить.

[vsevolodson]

Это происходит оттого, что метановый лед, миллиарды лет лежащий под ультрафиолетовым излучением Солнца и звезд, а также космическими лучами, разрушается с потерей водорода и образованием сложных полиароматических углеводородов (в пределе - вообще до сажи). Поэтому многие глыбы, летающие за орбитой Урана, действительно очень темные. Но! Малейшая геологическая или атмосферная активность маскирует этот эффект. Для того, чтобы наша планетка была черной, она миллиарды лет должна быть строго мертвой.
Что довольно странно для такого сравнительно большого небесного тела.

Геологическая активность может давать и обратный эффект - поднимать залежавшуюся сажу в атмосферу. Посмотрите на Тритон. Его гейзеры разбрасывают какую-то тёмную пыль, создавая вокруг себя тёмные пятна. Геологическая активность предполагаемой планеты может быть выше, а более плотная и холодная атмосфера может лучше удерживать пыль.




Нечто криовулканически-похожее есть и на Марсе. Так что "чёрные тучи" и сажа на поверхности небольших холодных планет могут быть не экзотическим исключением, а достаточно частым явлением.

[vsevolodson]

Кстати, наиболее подходящим кандидатом в планеты "Х" из известных объектов получается Седна размером и массой чуть больше Марса и с альбедо, в 10 раз меньшим, чем у Марса и в 6 раз меньшим, чем известное у самой Седны.

[bob]

Кстати, наиболее подходящим кандидатом в планеты "Х" из известных объектов получается Седна размером и массой чуть больше Марса и с альбедо, в 10 раз меньшим, чем у Марса и в 6 раз меньшим, чем известное у самой Седны.

Всё-таки это маловероятно. Дело в том, что объекты класса Марса слишком массивны, чтобы подвергнуться выметанию из центральных областей системы пертурбацией-миграцией. Грубо говоря, если бы такая планета существовала, то Марс был бы там же.

[vsevolodson]

Я как раз и предположил что реальное альбедо Седны может быть на порядок ниже. Сделав выборку по известным занептунским объектам, я увидел, что кроме Седны нет объекта с перигелием далее 52 АЕ. Т.е. Седна - единственный кандидат в планеты "Х". К тому же, истинная масса Седны неизвестна, так как у неё не наблюдалось спутников.

ЗЫ
А, кажется я не совсем правильно вас понял. Марс там же - в смысле во внутренней части СС. Хм. Некоторые модели говорят о том, что на стадии формирования планетных систем в результате небольших подвижек планет-гигантов выметается много небольших планет, земного типа и менее.

[bob]

Некоторые модели говорят о том, что на стадии формирования планетных систем в результате небольших подвижек планет-гигантов выметается много небольших планет, земного типа и менее.

Солнечная система не столь могуча, чтобы цельные Земли выметать. Обзор состава поясов малых тел показывает, что выметалась только мелкая шелуха. В других системах, с более плотными протопланетными дисками, где роль Юпитера выполняют гиганты раз в 10-20 тяжелее него (и они мигрируют на орбиты с периодом в несколько дней), может быть, что и Земли выметались. А у нас всё явно было спокойнее.

[vsevolodson]

Планета могла образоваться за пределами орбиты Нептуна.

Так как распределение по размеру в поясе Койпера и в главном поясе астероидов совпадают, то можно предположить, что где-то там есть массивный объект, подобный Церере, масса которого составляет около трети от массы всего пояса. Т.е. это может быть объект массой примерно с Титан. Марс, конечно же, в таком случае не получается.

[SpaceEngineer]

Т.е. это может быть объект массой примерно с Титан. Марс, конечно же, в таком случае не получается.

Почему же не получается, по радиусу Марс всего в 1.3 раза больше Титана, а по полщади диска - в 1.7 раз. Это без учёта 100-километровой атмосферы Титана. Хотя по массе Марс в 4.6 раз тяжелее Титана, но для нас ведь важен размер - он влияет на блеск планеты.

[vsevolodson]

Плотность гипотетической планеты будет не больше, чем у Марса. 1,2-3,5 тонн на кубометр, скорее всего даже в пределах 1,5-2,5.