Title (eng)
Induction heating of exoplanets on eccentric orbits around M dwarfs
Parallel title (deu)
Induktionserhitzung von Exoplaneten auf exzentrischen Umlaufbahnen um M Zwerge
Author
Daniela Maria Dittrich
Advisor
Kristina G. Kislyakova
Assessor
Kristina G. Kislyakova
Abstract (deu)
Wenn ein Planet in ein variierendes Magnetfeld eingebettet ist, unterliegt er einer elektromagnetischen Induktionserwärmung. Die innere Energiefreisetzung durch Induktionserwärmung kann von kaum wahrnehmbarer Erwärmung im Mantel bis hin zu extremer Vulkanaktivität und Ausgasung reichen. Eine erhöhte Ausgasung von Treibhausgasen wie Kohlendioxid hat einen grundlegenden Einfluss auf das Erdklima. Es ist daher offensichtlich, dass die Induktionsheizung des Mantels ein wichtiger Faktor für die Bewohnbarkeit eines Exoplaneten sein kann (Alberti et al. 2017, Wolf 2017).
Um den entscheidenden Einfluss der Exzentrizität auf die Induktionsheizung des Planetenmantels zu demonstrieren, haben wir verschiedene Exzentrizitäten im Bereich von 0,1 < e < 0,9 für einen Testplaneten getestet, der WX UMa umkreist. Das Magnetfeld von WX UMa beträgt 7,3 kG (Shulyak et al. 2017). Auf der anderen Seite haben wir den Effekt der Induktionsheizung der Planeten von TRAPPIST-1 simuliert. TRAPPIST-1 hat ein Magnetfeld von 600 G (Reiners & Basri 2010) und sieben felsige Planeten, die den Stern mit geringen Exzentrizitäten umkreisen. Meine Berechnungen zeigen, dass der Effekt im TRAPPIST-1- System zwar nicht signifikant ist, aber für einen Testplaneten um WX UMa von äußerster Wichtigkeit ist, wenn er hohe Exzentrizitäten aufweist.
Gemäß meinem Modell entspricht die innere Energiefreisetzung durch Induktionserwärmung vonTRAPPIST-1b,deminnerstenPlanetenindiesemSystem,7!.5*1017erg/s.DerWertfür dieinnereEnergiefreisetzungderErdedurchradioaktivenZerfallist2!.1*1020ergs/s.Dieser Wert wird für den Testplaneten WX UMa mit einer Exzentrizität e > 0,5 überschritten. Die hohe Frequenz von Magnetfluss Schwankungen, die der Testplanet erfährt, wenn er WX UMA bei höheren Exzentrizitäten umkreist, würde einen Vulkanismus erzeugen, der den Jupitermond Io in Bezug auf die Aktivität übersteigen würde. Induktionsheizung ist eine wichtige Quelle für innere Energie für nahegelegene Exoplaneten auf exzentrischen Bahnen in der bewohnbaren Zone von M Zwergen mit einem starken Magnetfeld. Die Energiefreisetzung aufgrund von Induktionserwärmung kann dazu führen, dass Magma- Ozeane unter der Oberfläche massive Vulkanaktivitäten auslösen. Treibhausgase, die freigesetzt werden, können sich positiv auf die Erhaltung oder Anreicherung der Atmosphäre auswirken. Der Anteil der Treibhausgase hat einen direkten Einfluss auf das Klima eines Planeten. Das globale Klima kann nicht bewohnbare Bedingungen auf einer Planetenoberfläche schaffen (McEwen et al. 1998, Alberti et al. 2017, Wolf 2017).
Abstract (eng)
If a planet is embedded in a varying field, it is subject to electromagnetic induction heating of interiors. Internal energy release through induction heating can range from barely perceptible warming in the mantle to extreme volcanic activity and outgassing. Increased outgassing of greenhouse gases, like C! O2 from the inside has a fundamental impact on the Earth's climate, so it is obvious that the induction heating of the mantle is an important factor in the habitability of an exoplanet (Alberti et al. 2017, Wolf 2017).
In order to demonstrate the crucial influence of eccentricity on induction heating of the planetary mantle, we have tested different eccentricities ranging from 0.1 < e < 0.9 for a test planet orbiting WX UMa. The magnetic field of WX UMa is 7.3 kG (Shulyak et al. 2017). On the other hand we have simulated the effect of induction heating of the planets of TRAPPIST-1. TRAPPIST-1 has a magnetic field of 600 G (Reiners & Basri 2010) and seven rocky planets orbiting the star with low eccentricities. My calculations show that while the effect is not significant in the TRAPPIST-1 system, it is of extreme importance for a test planet around WX UMa, if it has high eccentricities.
According to my model, the internal energy release by induction heating of TRAPPIST-1b, theinnermostplanetinthissystem,correspondsto7!.5*1017ergs/s.Thevalueforthe internalenergyreleaseoftheEarthbyradioactivedecayis2!.1*1020ergs/s.Thisvalueis exceeded for the test planet orbiting WX UMa with an eccentricity e > 0.5. The high frequency of magnetic flux variations experienced by the test planet orbiting WX UMA at higher eccentricities would create volcanism that would exceed the Jupiter's moon, Io in terms of activity. Induction heating is an important source of internal energy for close-in exoplanets on eccentric orbits in the habitable zone of M dwarfs with a strong magnetic field. The energy release due to induction heating can lead to sub-surface magma oceans triggering massive volcanic activity. Greenhouse gases, which are released, can have a positive effect by preserving or filling the atmosphere. The proportion of greenhouse gases has a direct impact on the planetary climate. The global climate can create non-habitable conditions on a planets surface (McEwen et al 1998, Alberti et al 2017, Wolf 2017).
Keywords (eng)
induction heatingexoplanets, M dwarfsstellar magnetic fields
Keywords (deu)
InduktionserhitzungExoplanetenM Zwergestellare Magnetfelder
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1350982
rdau:P60550 (deu)
60 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Number of pages
60
Study plan
Masterstudium Astronomie
[UA]
[066]
[861]
Association (deu)
Title (eng)
Induction heating of exoplanets on eccentric orbits around M dwarfs
Parallel title (deu)
Induktionserhitzung von Exoplaneten auf exzentrischen Umlaufbahnen um M Zwerge
Author
Daniela Maria Dittrich
Abstract (deu)
Wenn ein Planet in ein variierendes Magnetfeld eingebettet ist, unterliegt er einer elektromagnetischen Induktionserwärmung. Die innere Energiefreisetzung durch Induktionserwärmung kann von kaum wahrnehmbarer Erwärmung im Mantel bis hin zu extremer Vulkanaktivität und Ausgasung reichen. Eine erhöhte Ausgasung von Treibhausgasen wie Kohlendioxid hat einen grundlegenden Einfluss auf das Erdklima. Es ist daher offensichtlich, dass die Induktionsheizung des Mantels ein wichtiger Faktor für die Bewohnbarkeit eines Exoplaneten sein kann (Alberti et al. 2017, Wolf 2017).
Um den entscheidenden Einfluss der Exzentrizität auf die Induktionsheizung des Planetenmantels zu demonstrieren, haben wir verschiedene Exzentrizitäten im Bereich von 0,1 < e < 0,9 für einen Testplaneten getestet, der WX UMa umkreist. Das Magnetfeld von WX UMa beträgt 7,3 kG (Shulyak et al. 2017). Auf der anderen Seite haben wir den Effekt der Induktionsheizung der Planeten von TRAPPIST-1 simuliert. TRAPPIST-1 hat ein Magnetfeld von 600 G (Reiners & Basri 2010) und sieben felsige Planeten, die den Stern mit geringen Exzentrizitäten umkreisen. Meine Berechnungen zeigen, dass der Effekt im TRAPPIST-1- System zwar nicht signifikant ist, aber für einen Testplaneten um WX UMa von äußerster Wichtigkeit ist, wenn er hohe Exzentrizitäten aufweist.
Gemäß meinem Modell entspricht die innere Energiefreisetzung durch Induktionserwärmung vonTRAPPIST-1b,deminnerstenPlanetenindiesemSystem,7!.5*1017erg/s.DerWertfür dieinnereEnergiefreisetzungderErdedurchradioaktivenZerfallist2!.1*1020ergs/s.Dieser Wert wird für den Testplaneten WX UMa mit einer Exzentrizität e > 0,5 überschritten. Die hohe Frequenz von Magnetfluss Schwankungen, die der Testplanet erfährt, wenn er WX UMA bei höheren Exzentrizitäten umkreist, würde einen Vulkanismus erzeugen, der den Jupitermond Io in Bezug auf die Aktivität übersteigen würde. Induktionsheizung ist eine wichtige Quelle für innere Energie für nahegelegene Exoplaneten auf exzentrischen Bahnen in der bewohnbaren Zone von M Zwergen mit einem starken Magnetfeld. Die Energiefreisetzung aufgrund von Induktionserwärmung kann dazu führen, dass Magma- Ozeane unter der Oberfläche massive Vulkanaktivitäten auslösen. Treibhausgase, die freigesetzt werden, können sich positiv auf die Erhaltung oder Anreicherung der Atmosphäre auswirken. Der Anteil der Treibhausgase hat einen direkten Einfluss auf das Klima eines Planeten. Das globale Klima kann nicht bewohnbare Bedingungen auf einer Planetenoberfläche schaffen (McEwen et al. 1998, Alberti et al. 2017, Wolf 2017).
Abstract (eng)
If a planet is embedded in a varying field, it is subject to electromagnetic induction heating of interiors. Internal energy release through induction heating can range from barely perceptible warming in the mantle to extreme volcanic activity and outgassing. Increased outgassing of greenhouse gases, like C! O2 from the inside has a fundamental impact on the Earth's climate, so it is obvious that the induction heating of the mantle is an important factor in the habitability of an exoplanet (Alberti et al. 2017, Wolf 2017).
In order to demonstrate the crucial influence of eccentricity on induction heating of the planetary mantle, we have tested different eccentricities ranging from 0.1 < e < 0.9 for a test planet orbiting WX UMa. The magnetic field of WX UMa is 7.3 kG (Shulyak et al. 2017). On the other hand we have simulated the effect of induction heating of the planets of TRAPPIST-1. TRAPPIST-1 has a magnetic field of 600 G (Reiners & Basri 2010) and seven rocky planets orbiting the star with low eccentricities. My calculations show that while the effect is not significant in the TRAPPIST-1 system, it is of extreme importance for a test planet around WX UMa, if it has high eccentricities.
According to my model, the internal energy release by induction heating of TRAPPIST-1b, theinnermostplanetinthissystem,correspondsto7!.5*1017ergs/s.Thevalueforthe internalenergyreleaseoftheEarthbyradioactivedecayis2!.1*1020ergs/s.Thisvalueis exceeded for the test planet orbiting WX UMa with an eccentricity e > 0.5. The high frequency of magnetic flux variations experienced by the test planet orbiting WX UMA at higher eccentricities would create volcanism that would exceed the Jupiter's moon, Io in terms of activity. Induction heating is an important source of internal energy for close-in exoplanets on eccentric orbits in the habitable zone of M dwarfs with a strong magnetic field. The energy release due to induction heating can lead to sub-surface magma oceans triggering massive volcanic activity. Greenhouse gases, which are released, can have a positive effect by preserving or filling the atmosphere. The proportion of greenhouse gases has a direct impact on the planetary climate. The global climate can create non-habitable conditions on a planets surface (McEwen et al 1998, Alberti et al 2017, Wolf 2017).
Keywords (eng)
induction heatingexoplanets, M dwarfsstellar magnetic fields
Keywords (deu)
InduktionserhitzungExoplanetenM Zwergestellare Magnetfelder
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1350983
Number of pages
60
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