Astronomia

Le maree si verificano su pianeti come Nettuno, con acqua?

Le maree si verificano su pianeti come Nettuno, con acqua?

Voglio dire, noi sperimentiamo le maree qui sulla terra a causa dell'effetto combinato del campo gravitazionale della luna e del sole. Quindi ho pensato che le maree potessero verificarsi anche su altri pianeti.

Consideriamo Nettuno dove il gas transita in uno strato fangoso di ghiaccio e acqua. L'oceano di acqua e ammoniaca funge da mantello del pianeta e contiene più di dieci volte la massa della Terra. Inoltre ha 14 lune. Quello che stavo pensando era che più lune avrebbero significato più effetto mareale anche se la distanza dal sole fosse aumentata.

Ma poi ho pensato che le lune di Nettuno avrebbero avuto orbite diverse e diversi periodi di rotazione. Quindi questo avrà sicuramente un impatto sull'estensione delle maree.

-In che misura questo influenzerà le maree?

  • E in che modo le maree formatesi su Nettuno saranno diverse da quelle formate sulla terra? Voglio dire, come varieranno nelle proprietà?

La luna più grande di Nettuno, Tritone, è circa un terzo della massa della luna terrestre e all'incirca alla stessa distanza dal suo primario, quindi avrà davvero un notevole effetto di marea sull'atmosfera e sugli oceani di Nettuno.

Le altre lune di Nettuno sono tutte minuscole (tutte insieme sono circa lo 0,5% della massa di Tritone), quindi mentre esercitano forze di marea, quegli effetti sarebbero sminuiti da Tritone anche quando tutte le piccole lune si trovano sullo stesso lato di Nettuno.


La luna di Nettuno, Tritone, causerà potenziali cambiamenti di marea inferiori a quelli della Terra, ma comunque buone frazioni di metro.

Ma se ci sono maree visibili è una domanda più difficile. Sulla Terra abbiamo maree visibili perché la terra non risponde tanto quanto l'acqua. Un pianeta completamente coperto da acque profonde non avrebbe maree oceaniche rilevabili: tutto si muoverebbe semplicemente insieme.

Se la superficie di Nettuno è fangosa e liquida, potrebbe muoversi insieme abbastanza da non notare le maree.


Ci saranno maree, ma non saranno molto grandi. È abbastanza facile ottenere una buona stima delle loro dimensioni.

Ci sono due cose che controllano le maree sulla Terra ed entrambe saranno presenti in qualsiasi altro luogo: le forze di marea dei corpi celesti e la dimensione del corpo di liquido in cui le maree si alzano insieme alle risonanze nel corpo di liquido. Prendendoli a turno.

La forza di marea è un po' divertente, poiché la dimensione delle maree sollevate su un pianeta da un corpo celeste è

(1) proporzionale alla massa dell'astro che alza la marea,

(2) inversamente proporzionale a cubo della lontananza,

(3) inversamente proporzionale alla gravità superficiale del pianeta,

(4) e (approssimativamente) proporzionale al diametro del corpo liquido in cui si sollevano le maree.

Quel cubo inverso della distanza significa che la capacità di un corpo di sollevare una marea diminuisce molto rapidamente con la distanza.

Confronto tra Terra e Nettuno: Il Sole è 30 volte più lontano da Nettuno rispetto alla Terra, quindi le maree solari saranno circa 27.000 volte più piccole su Nettuno. Possono essere completamente ignorati.

Tritone (la luna più grande di Nettuno) è il jackpot, poiché è un terzo più massiccio della Luna terrestre e circa alla stessa distanza. Nettuno è 17 volte più massiccio della Terra e quattro volte il diametro. Quindi le maree di Tritone di Nettuno saranno circa quindici volte più piccole delle maree lunari sulla Terra.

Tutte le altre lune sono molto più piccole o più lontane o entrambe e alzeranno maree del tutto trascurabili.

Quindi dai soli effetti gravitazionali, Triton solleverà piccole maree e nient'altro sarà misurabile senza buoni strumenti e molta cura.

(Nota, sto parlando di maree negli oceani di dimensioni paragonabili a quelle del pianeta: per corpi liquidi più piccoli, le maree si ridurranno.)

Sulla Terra, le maree variano ovunque, e questo è dovuto alla configurazione del corpo d'acqua e agli effetti di risonanza. Fondamentalmente, se un corpo d'acqua ha una risonanza - un periodo naturale per lo slalom avanti e indietro - che corrisponde al periodo della forza della marea, la marea può accumularsi come spinte ripetute a un bambino in un'altalena.

Inoltre, può esserci un effetto imbuto con due bracci di terra che si uniscono o acque poco profonde che possono amplificare le maree. (Ad esempio, la Baia di Fundy.) Dal momento che, per quanto ne sappiamo, Nettuno non ha terra, è effettivamente un oceano planetario e otterrà il pieno effetto delle maree gravitazionali, ma senza risonanze.

Quindi, in conclusione: piccole maree di Triton e nient'altro.


Come scrivono Russell Borogove e Bob Jacobsen, in effetti Tritone solleverà le maree su Nettuno. Ma non saranno come le maree che la gente immagina qui sulla Terra.

La modellazione complessa della struttura verticale di Nettuno (dietro un paywall, ma l'abstract dice abbastanza) da ricercatori come Sushil Atreya suggerisce che non c'è un oceano di acqua liquida a Nettuno, ma invece un "oceano ionico" di acqua con ammoniaca disciolta molto nel profondo dell'atmosfera, abbastanza profondo da avere pressioni nell'ordine di migliaia di bar. A quelle profondità le temperature sono così alte (2.000-5.000 K) che sono ben al di sopra della temperatura critica dell'acqua di 647 K, quindi l'acqua allo stato liquido non esiste. Invece hai un fluido supercritico cioè denso come un liquido ma comprimibile come un gas, con altre caratteristiche (come la reattività chimica) che non si trovano allo stato liquido o gassoso.

In particolare, su Nettuno (e su altri pianeti giganti) non c'è una superficie discontinua dove sopra c'è uno stato e sotto c'è un altro. Qui sulla Terra siamo abbastanza abituati a una superficie così discontinua (almeno su scala umana), come la superficie dei nostri oceani: sopra quella superficie c'è un gas, la nostra atmosfera, e sotto c'è un liquido. Invece, a Nettuno la densità dell'acqua e il contenuto di altre specie aumentano gradualmente man mano che si scende. Quindi non è possibile vedere una superficie discontinua salire e scendere rispetto all'ambiente circostante, come il livello dell'oceano su una costa.

Qui sulla Terra vediamo le maree ai confini dei liquidi e dei solidi-litorali di continenti e isole. La risposta del liquido nei nostri oceani alle forze di marea è maggiore della risposta della parte solida della Terra. Vedere questa differenza con gli occhi umani è possibile solo quando hai una Terra solida che si estende al di sopra del livello dell'oceano. Se la litosfera terrestre (la parte solida) fosse completamente liscia, cioè senza topografia, e gli oceani fossero uno strato uniformemente profondo al di sopra, qualcuno che galleggiasse su quell'oceano non rileverebbe l'aumento e la caduta delle maree senza strumenti che vanno molto, molto oltre i sensi umani.

Allo stesso modo, non è stato possibile rilevare la risposta della marea a Nettuno. È reso ancora più difficile da rilevare dall'assenza di una superficie discontinua come riferimento.

A proposito, questo riferimento (che ho trovato durante la ricerca di Sushil's) attribuisce il stesso foglio al Atreya sbagliato!


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