Suponiendo que se refiere a un océano líquido de agua que los seres suficientemente adaptados podrían nadar por completo, tendría que ser pequeño porque el agua cuando se comprime lo suficiente se convierte en hielo, a menos que tenga un núcleo caliente, que podría tener poco después de la formación, o calentado por mareas.
Entonces, el caso más fácil primero, si no necesita que tenga suficiente gravedad para mantener una atmósfera, no veo por qué no. Básicamente quieres un cometa grande, en una órbita que lo mantenga permanentemente líquido. Podríamos crear un mundo así artificialmente en nuestro sistema solar con una mega ingeniería desviando un cometa a la órbita correcta alrededor del Sol.
Sin embargo, a menos que agreguemos algo extra a la imagen, no duraría mucho. El problema es que el agua se evapora rápidamente en el vacío.
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Cálculo sangrado
Con una temperatura superficial de 273.15 ° K (0 ° C) y utilizando la ecuación para la pérdida de masa de agua líquida en un vacío de
(pe / 7.2) * sqrt (M / T) kg / m² / sec ( ecuación 3.26 de Modern Vacuum Physics)
donde M es la masa molar, 0.018 kg para agua, T es la temperatura en kelvin, pe es la presión de vapor, que para agua a 0 ° C (273.15 ° K) es 611.3 Pa, ( presión de vapor de agua a 0 ° C ), así que al poner todos esos en la fórmula obtenemos:
(611.3 / 7.2) * sqrt (0.018 / 273.15 ) = 0.689 kg / m² / seg .
Entonces pierde 24 * 60 * 60 * 0.689 o aproximadamente 59.529 toneladas por día
Compare los resultados de cálculo aquí: Física de vacío moderna donde usan la presión de vapor del agua a temperatura ambiente 295 K para calcular (2300 / 7.2) * sqrt (0.018 / 295) = 2.495 kg / m² / seg .
Entonces, a temperatura ambiente, pierde 24 * 60 * 60 * 2.495 o aproximadamente 215.6 toneladas por día
Por lo tanto, pierde aproximadamente 60 metros por día de espesor de agua líquida expuesta al vacío, o aproximadamente 21,9 kilómetros de espesor de agua por año.
La tasa de pérdida aumenta si la temperatura aumenta y a 295 K, o 22 C, es 215.6 metros por día y 78.7 km por año.
Entonces, un cometa de agua líquida no duraría mucho tiempo. Eso es a menos que reciba una afluencia constante de otros cometas que le traen más agua.
PLANETA MÁS GRANDE CON GRAVEDAD SIGNIFICATIVA
¿Qué sucede si el objeto es lo suficientemente grande como para retener agua líquida durante largos períodos de tiempo?
Eso solo es posible si tiene al menos suficiente gravedad para retener una cantidad significativa de atmósfera, incluso si la atmósfera es solo vapor de agua u oxígeno (después de la disociación del agua por radiación).
Pero entonces, seguramente tendrá un núcleo de hielo sólido. En ese caso, si el agua también es salada, bien podría tener un patrón tipo “sándwich de club” de capas alternas de hielo y agua, como se sugiere para Ganímedes, de varios tipos de hielo, con algunos de ellos “nevando hacia arriba”
Imágenes de: Posible ‘Moonwich’ de Hielo y Océanos en Ganímedes (Concepto del Artista) y para papel, ver la estructura interna de Ganímedes, incluida la termodinámica de los océanos de sulfato de magnesio en contacto con hielo
Pero incluso Ganímedes no es lo suficientemente grande como para retener una atmósfera permanente para proteger la capa superficial de agua si no hay flujo de agua de retorno y simplemente se disipa en el vacío del espacio de inmediato. Por supuesto, en la práctica creará una atmósfera de vapor de agua, así que llegaremos a eso, pero veamos cuáles serían las cifras sin eso.
Su diámetro es de 5,268 km, por lo que si se acerca lo suficiente al Sol como para tener una capa superficial permanentemente líquida, y si no hubiera atmósfera para protegerlo, desaparecería por completo en 67 años.
Sin embargo, podría generar una atmósfera temporal, ya que el agua se evaporó. Su gravedad es similar a la de la Luna. Geoffrey Landis dice aquí que la vida de escape gravitacional para la Luna es del orden de miles de años para gases más pesados como el oxígeno y el nitrógeno.
Contaminación del aire en la luna
Entonces, para un primer cálculo aproximado, solo para obtener una estimación del tipo de orden de magnitud, supongamos que se calienta lo suficiente y que el escape de vapor de agua es suficiente para construir una atmósfera de presión de la Tierra. ¿Cuánta agua necesitarías para construir una atmósfera de vapor de agua a presión terrestre en Ganímedes?
Su radio es de 1.635 km. Entonces el área de superficie es 4 × π × 1,635 ^ 2 o 33,592,736 km². Para una atmósfera de presión de la Tierra necesitamos (9.807 / 1.428) × 10 toneladas por metro cuadrado, o alrededor de 68.676 toneladas por metro cuadrado, y multiplicar también por 10 ^ 6 por el número de metros cuadrados por kilómetro cuadrado, eso es 33,592,736 * 10 ^ 6 * 68.676 toneladas o alrededor de 2.3 × 10 ^ 15 toneladas o 2.3 billones de toneladas.
Tomaría miles de años perder esa atmósfera, y luego se puede reponer desde abajo. Un planeta acuático del tamaño de Ganímedes tendría una masa de (4/3) * π * 1,635,000 ^ 3 = 1.83 * 10 ^ 19. Entonces, suponiendo que diez mil años se disipe una atmósfera de presión de la Tierra, eso hace que sea 10000 * 1.83 * 10 ^ 19 / (2.3 × 10 ^ 15) o unos ocho millones de años. Se evaporaría más rápidamente a medida que se hiciera más pequeño y, por lo tanto, fuera menos capaz de retener una atmósfera. Pero todo esto es muy aproximado de todos modos.
Necesitaría un cálculo más detallado aquí para averiguar cuánta presión de la atmósfera realmente se acumularía a través de la evaporación del agua. Sin embargo, la pérdida de masa seguiría siendo similar a la Luna terraformada, incluso si tuviera una atmósfera de mayor presión. Entonces, la cantidad de presión atmosférica que se acumula realmente no importa mucho. Por lo tanto, nuestro cálculo aproximado puede ser mejor de lo que piensas. Lo principal es reemplazar esos 10,000 años por una cifra más exacta para el tiempo de escape gravitacional del vapor de agua para una luna de este tamaño con una atmósfera de presión razonable.
Parece al menos posible que un planeta acuático del tamaño de Ganímedes pueda durar decenas de millones de años. De todos modos, durante millones de años, mientras que seguramente no podría durar miles de millones de años.
OTRA SOLUCIÓN – “OCÉANO SUCIO” CON ORGÁNICOS
Sin embargo, hay otra solución. Si está dispuesto a hacerlo artificialmente, puede cubrir toda la superficie de un cometa pequeño con un líquido de baja densidad que también tiene una baja presión de evaporación.
De hecho, los cometas son ricos en materia orgánica de todos modos, por lo que si pudieras llevar un cometa a la distancia correcta del Sol, no demasiado lejos, no demasiado cerca, entonces, al derretirse, se desarrollaría una capa de escoria como esa. Y eso también podría ser habitable, con orgánicos y un océano rico en oxígeno también, debido a procesos similares a los que hacen que el océano de Europa sea rico en oxígeno.
Los compuestos orgánicos con una alta tasa de evaporación desaparecerían, dejando solo aquellos con una baja tasa de evaporación, y tal vez también capas sólidas.
Si tienes vida allí, la superficie podría estar cubierta de algas
Brookmill Park: lago con floración de algas (C) Stephen Craven
O si el agua es muy salada, haloarchaea
Archivo: San Francisco Bay Salt Ponds.jpg
Las algas directamente en la superficie morirían, pero las algas justo debajo estarían protegidas del vacío y la luz UV por las capas muertas de arriba.
O si está construido artificialmente, puede cubrir la superficie con fluidos iónicos de baja densidad. Estas son sales que se funden a temperaturas muy bajas y luego tienen una velocidad de evaporación muy baja. Mientras sea menos denso que el agua, flotará. Muchos fluidos iónicos tienen alta densidad, pero algunos tienen menor densidad que el agua. Estos son ejemplos, aunque no sé qué tan bien les iría en el vacío: líquidos iónicos de aminoácidos hidrófobos y de baja densidad.
Entonces, si está de acuerdo con que su planeta sea un pequeño objeto del tamaño de un cometa, y su agua puede estar un poco “sucia” con compuestos orgánicos, lo que significa que también puede soportar la vida, diría que sí, parece posible.
INFLUJO CONSTANTE DE COMETAS
Otra solución, sin la capa de líquidos iónicos o similar, es tener un flujo constante de cometas para reponer el agua. Me imagino algunos escenarios donde eso podría funcionar, por ejemplo, poco después de la formación de un sistema solar. También podría funcionar durante un tiempo más adelante en una estrella enana blanca con material introducido a través de la destrucción de su nube Oort y los efectos perturbadores de un planeta adicional, vea Nuestro sistema solar podría perder uno o más de sus gigantes gaseosos miles de millones de años en El futuro, y eso también ayudaría a mantenerlo caliente. En una situación así, tal vez incluso un planeta menor bastante grande se mantendría lo suficientemente caliente como para mantenerse líquido por completo.
Por lo tanto, tenemos dos formas de mantenerlo líquido sin que se evapore hasta la nada en el vacío del espacio, incluso si es bastante pequeño, demasiado pequeño para retener una atmósfera. Entonces, ¿qué tan grande puede ser?
EJEMPLO DE EUROPA
El océano de Europa puede tener hasta 100 km de espesor, con una capa superficial de 10 a 30 km de espesor.
En base a eso, podría tener un planeta menor hecho de hielo, de 260 km de diámetro, y que consiste enteramente en agua, creo, con una capa superficial de fluidos iónicos orgánicos o una escoria de compuestos orgánicos en forma sólida flotando en la superficie. Eso podría durar miles de millones de años.
Eso hace que sea aproximadamente del mismo tamaño que 88 Thisbe
Vesta dobla ese diámetro
Vesta, Ceres y la Luna a escala a 20 km por px
Solo estoy usando las cifras para Europa y la profundidad de su océano subsuperficial, que se mantiene líquido mediante el calentamiento de las mareas, y suponiendo que la situación es similar, por lo que esta es solo una estimación aproximada, ya que dependería de lo que tenga a modo de Una fuente de energía para mantener caliente su planeta o luna.
El calentamiento de las mareas podría ser una forma de mantener su planeta líquido al igual que para Europa, por lo que si logra que orbita un Júpiter caliente, esos son planetas como Júpiter que terminan en órbitas cerca de su sol, y bien pueden tener líquido. lunas de agua
O coloque su planeta lo suficientemente cerca de su sol y puede tener lunas de agua líquida solo porque la superficie se calienta por encima del punto de fusión y eso mantendría a toda la luna a esa temperatura.
¿CUÁN GRANDE PUEDE SER UN PLANETA Y CONSISTIR TODO EL AGUA?
El problema de hacer un planeta completamente de agua es que si el agua se comprime lo suficiente se convierte en hielo VI o hielo VII, no importa cuán caliente esté, dentro de lo razonable.
Diagrama de fase de Cmglee, wikipedia. El hielo fuera de la Tierra puede estar en muchas fases diferentes. Por ejemplo, en el sistema solar exterior, a menudo hace tanto frío que está en la fase ortorrómbica muy dura, donde se comporta más como una roca que lo que pensamos que es hielo. Sin embargo, es probable que el hielo en Marte se encuentre en la fase Ih similar a la vida en la Tierra. La superficie de Marte está cerca del punto triple de sólido / líquido / vapor en este diagrama.
Allí el punto triple Ice VI (ice-six) con agua líquida y Ice V está a -0.16 ° C, 632.4 MPa. Entonces 632.4 MPa es la presión más alta que puede obtener con agua líquida a alrededor de 0 ° C
Eso es 6324 bares o la presión a una profundidad de aproximadamente 63.24 kilómetros en un océano líquido bajo la gravedad de la Tierra.
Obviamente, un planeta de agua más pequeño que la Tierra tendrá mucha menos gravedad que la Tierra. Es difícil calcular la presión en el centro, es causada por todas las capas superiores que presionan hacia abajo. Las capas superiores, por supuesto, contribuyen con la mayor presión, pero todas ellas lo hacen hasta las capas centrales que casi no tienen efecto. La presión máxima está en el centro.
Queremos el diámetro máximo de un planeta con la presión en el centro lo suficientemente baja como para permanecer líquido a varias temperaturas. Supongo que la densidad es uniforme ya que el agua no es muy compresible. Cálculo sangrado:
La ecuación está aquí: ¿Cómo encontrar la fuerza de la compresión en el núcleo de un planeta?
P = (2/3) * π * G * ρ ^ 2 * R ^ 2
Allí, utilizando unidades SI, la densidad del agua, ρ = 1000 kg / m3, Pascal es la unidad SI para la presión, y el medidor es la unidad SI para la longitud.
Hay P para hielo V a -0.16 ° C, es 632.4 MP = 632.4 * 10 ^ 6 Pascales
G = 6.674 × 10 ^ −11 N⋅m² / kg²
Quiere resolver por R.
Entonces R = sqrt (632.4 * 10 ^ 6 / ((2/3) * π * 6.674 × 10 ^ −11 * 10 ^ 6)) metros.
= 2.127.029 metros o alrededor de 2.127 km
Intentando con otra figura de esa tabla, 355 K o 81.85 ° C, presión de 2.216 gigapascales, entonces es
metros cuadrados (2.216 * 10 ^ 9 / ((2/3) * π * 6.674 × 10 ^ −11 * 10 ^ 6)).
o unos 3.982 km.
Entonces podemos tener un planeta sin hielo de agua pura con temperaturas de -0.16 ° C y un radio de alrededor de 2,127 km y a una temperatura de 81.85 ° C y un radio de aproximadamente 3,982 km.
Eso es para agua dulce. Un océano salado se mantendría líquido a temperaturas más bajas y presiones más altas.
Compare el diámetro de nuestra Luna de 3.474 km, por lo que parece que podría tener un planeta un poco más grande que nuestra Luna, completamente de agua, y que aún sea habitable para al menos algunos microbios. De hecho, los Hyperthermophiles tienen temperaturas óptimas superiores a 80 ° C (176 ° F).
RESUMEN
En resumen, creo que este escenario podría existir en la naturaleza, si no te importa tener un océano rico en materia orgánica, cubierto con una capa delgada de materia orgánica, y convertirlo en una luna en órbita alrededor de un gigante gaseoso en lugar de un planeta en solo, para ayudar a mantenerlo líquido a través del calentamiento de las mareas, y tal vez alrededor del tamaño de 88 Thisbe
Esto es solo una estimación aproximada. Sería interesante si alguien hiciera un trabajo al respecto, ¿alguien tiene?
¿Sería posible un mundo de agua líquida del tamaño de Vesta o incluso Ceres, con calentamiento de marea para mantenerlo caliente? ¿Puede un Júpiter caliente tener una luna de hielo puro? (No veo por qué no si se formó lo suficientemente lejos de su estrella anfitriona originalmente, pero sería interesante saber qué tan probable es).
Alternativamente, podría ser posible si el mundo se mantiene caliente y líquido por los impactos de numerosos cometas, tal vez durante bastante tiempo en las primeras etapas de la formación de un sistema solar.
DISCUSIÓN DE INTERCAMBIO DE PILAS Y EPISODIO DE VOYAGER DE STAR TREK
Vea también la discusión de intercambio de pila aquí, donde acabo de agregar esta respuesta (una copia del texto original que escribí aquí)
¿Podría existir un planeta hecho completamente de agua?
La pregunta original allí está motivada por una historia en Star Trek Voyager sobre un planeta hecho completamente de agua con el agua impedida de escapar por un “campo de contención”
Treinta días (episodio)
Originalmente respondido como ¿Es posible que un planeta esté completamente hecho de líquido al igual que Saturno y Júpiter están hechos completamente de gas?
(No sugiera que una fusión como “líquido” pueda entenderse más generalmente como cualquier líquido, incluido nitrógeno líquido, helio líquido, etc.)
Mira mi libro para más información:
Preguntas simples – Respuestas sorprendentes – En astronomía,
Es una compilación de algunas de mis respuestas de quora, incluida esta.
