Eine Welt mit einem Mond, der viel näher umkreist als wir

Die Welt, die ich mir vorstelle, ist ein felsiger Planet mit Ozeanen, Plattentektonik, Atmosphäre und einigen anderen Ähnlichkeiten mit unserem Globus. Die Masse und Größe sind ungefähr gleich, aber sein Mond umkreist ihn viel näher als unser Mond um die Erde. Zur Verdeutlichung: Der Mond hat in etwa die gleiche Größe und Masse wie unser Mond.

Ich frage mich, was die Folgen wären, wenn er den Planeten in einer Entfernung von 1/20 der Entfernung umkreisen würde, die unser Mond um die Erde umkreist (sagen wir ungefähr 20.000 km).

Die Fragen, die ich habe, sind:

  1. Wäre ein solches System stabil?

  2. Falls ja:

    a) Welche Umlaufgeschwindigkeit wäre notwendig, damit der Mond in der geozentrischen Umlaufbahn bleibt?
    b) wäre eine Exzentrizität nahe Null möglich, oder müsste die Trajektorie anders aussehen, damit das System stabil ist (falls ja: wie sähe sie aus)?
    c) Welchen Sterntag hätte der Mond in 20 000 km Höhe und der notwendigen Geschwindigkeit?

  3. Wie viele Grad des Himmels würde er einnehmen, wenn er von der Erdoberfläche aus gesehen wird? (Ich würde gerne mit der Software von spaceengine.org für mich selbst simulieren, aber dafür fehlt mir die Hardwarespezifikation und es fehlt eine Linux-Version.)

  4. Wie würden die Auswirkungen der Gezeiten auf die Ozeane bei einer so engen Umlaufbahn aussehen (als Durchschnitt, möchte ich hinzufügen; ich bin mir bewusst, dass die Gezeitenmuster stark von der lokalen Geographie, der Meerestiefe, der Form des Meeresbodens usw. beeinflusst werden )?

    Nebenbemerkung: Ich habe gelesen, dass ein Mond, der 20-mal näher an der Erde ist, 400-mal stärkere Gezeiteneffekte bedeuten würde, aber ich habe nicht das mathematische Wissen, um die Zahlen selbst zu überprüfen.

  5. Würde eine geozentrische Umlaufbahn eines Objekts dieser Masse eine axiale Neigung des Planeten von null Grad zulassen, oder wäre das unmöglich?

  6. Was würden die Monde auf den Planeten in Bezug auf die Plattentektonik (Erdbeben, Vulkane usw.) bedeuten? Ich nehme an, es würde erhöht werden, aber ist es möglich zu berechnen, um wie viel mehr es erhöht werden würde, oder sind dafür zu viele unbekannte Faktoren beteiligt?

Ich hoffe, ich war spezifisch genug und freue mich auf Ihre Antworten und Gedanken zu diesem Thema!

scienceline.ucsb.edu/getkey.php?key=373 ist relevant. Es wird erwähnt, dass der frühe Mond 1/10 seiner aktuellen Entfernung von der Erde entfernt war. Ist es also ein stabiles System bei 1/20? Weiß es nicht genau, aber es ist plausibel.
Danke, ich habe es gelesen. Es erklärt im Wesentlichen, dass der Mond mit der Erde kollidierte und sich aufgrund der ungleichmäßigen Schwerkraft der Erde allmählich nach außen auf die Höhe bewegt hat, in der er sich heute befindet. Die Ereignisse, die in Antwort 1 in dem von Ihnen geposteten Link beschrieben werden, geben mir keine Hinweise darauf, ob die Konstellation, die ich mir vorstelle, stabil sein könnte oder nicht.
@fantasia Willkommen bei Worldbuilding und vielen Dank für diese interessante und häufig gestellte Frage!
@MonicaCellio Danke, ich habe monatelang gelauert und endlich etwas Zeit gefunden, um wieder zu schreiben - daher die Frage (und die, die folgen werden). Wunderbare Gemeinschaft!

Antworten (4)

Es könnte passieren.

  1. Wäre ein solches System stabil?

Der Erdmond ist derzeit 41-mal weiter entfernt als seine Roche-Grenze zur Erde . So kann der Mond 20 Mal näher sein und nicht aufbrechen.

a) Welche Umlaufgeschwindigkeit wäre notwendig, damit der Mond in der geozentrischen Umlaufbahn bleibt?

Die Geschwindigkeit jedes Satelliten, der auf einer Kreisbahn kreist, ist:

v Ö ≈ G M r

Dabei ist G die Gravitationskonstante, M die kombinierte Masse der betreffenden Körper und r der Abstand zwischen ihren Mittelpunkten.

Um in 1/20 der Entfernung zu kreisen, müsste der Mond mit 4,58 km/s umkreisen, was etwa 4,48-mal so schnell ist wie jetzt.

b) wäre eine Exzentrizität nahe Null möglich, oder müsste die Trajektorie anders aussehen, damit das System stabil ist (falls ja: wie sähe sie aus)?

Ich habe mit einer Exzentrizität von Null gerechnet, ich denke, das wäre in Ordnung.

c) Welchen Sterntag hätte der Mond in 20 000 km Höhe und der notwendigen Geschwindigkeit?

Ich bin mir nicht sicher, ob dies angesichts der Definition der Sternzeit sinnvoll ist. Wenn Sie die Umlaufzeit des Mondes wissen möchten, würde es ungefähr 7,34 Stunden dauern, um die Erde zu umrunden.

Wie viele Grad des Himmels würde er einnehmen, wenn er von der Erdoberfläche aus gesehen wird?

Der Winkeldurchmesser ist gegeben durch:

δ = 2 arctan ⁡ ( d 2 D )

Bei einem Durchmesser des Mondes von 3.476 km und einer neuen Entfernung von 19.220 km scheint er einen Durchmesser von etwa 10,3 Grad zu haben. Das entspricht etwa der Größe deiner Faust , wenn dein Arm ausgestreckt ist.

Wie würden die Auswirkungen der Gezeiten auf die Ozeane bei einer so engen Umlaufbahn aussehen (als Durchschnitt, möchte ich hinzufügen; ich bin mir bewusst, dass die Gezeitenmuster stark von der lokalen Geographie, der Meerestiefe, der Form des Meeresbodens usw. beeinflusst werden )?

Es gibt einen kurzen Artikel , in dem die Gezeiteneffekte eines Mondes 20-mal näher diskutiert werden, in dem es heißt:

Wenn der Mond viel näher käme, sagen wir 20-mal näher, würde er eine 400-mal größere Gravitationskraft ausüben als wir gewohnt sind. Eine mächtige Flutwelle würde entstehen, die das Land treffen und große Überschwemmungen verursachen würde, wobei Städte wie London und New York unter Wasser verschwinden würden.

Das war vielleicht das, wovon Sie sprachen. Es ist eine gültige Schätzung. Die Mathematik für die Gezeitenkraft ist auf der Wikipedia-Seite enthalten . Obwohl der Artikel nur über Gravitationskraft spricht, hängen die beiden offensichtlich zusammen. Der Anstieg der Gezeitenkraft wäre jedoch mit dieser Zunahme der Gravitationskraft wesentlich stärker. Die Gezeitenbeschleunigung des Mondes an der Erdoberfläche entlang der Mond-Erde-Achse wäre etwa 0,0718 g (etwa 8.000-mal stärker als heute).

Der Artikel ist also genau, er liefert einfach nicht die Erhöhung der Gezeitenkräfte, sondern nur die Gravitationserhöhung.

Würde eine geozentrische Umlaufbahn eines Objekts dieser Masse eine axiale Neigung des Planeten von null Grad zulassen, oder wäre das unmöglich?

Zulassen? Sicher, die Dinge werden sich für den Planeten erheblich ändern. Ich bin mir nicht sicher, was Sie hier fragen. Die axiale Neigung gegenüber der Sonne?

Was würden die Monde auf den Planeten in Bezug auf die Plattentektonik (Erdbeben, Vulkane usw.) bedeuten? Ich nehme an, es würde erhöht werden, aber ist es möglich zu berechnen, um wie viel mehr es erhöht werden würde, oder sind dafür zu viele unbekannte Faktoren beteiligt?

Die Gezeitenkraft konnte berechnet werden. Welche Auswirkungen das tatsächlich auf die Plattentektonik hätte, liegt weit außerhalb meiner Berechnungs-/Simulationsfähigkeit. Ich vermute, Sie könnten Antworten wie "mehr Erdbeben" erhalten, aber nicht viel spezifischer als das. Vor allem, wenn dieser Planet nicht die Erde ist.

Hmm. Ich frage mich, würde sich der Erde-Mond (noch mehr) wie ein Doppelplanet oder weniger verhalten?
@Samuel, schöne Antwort. Aber Gezeiten sind verwandt 1 r 3 also 20x näher gibt Ihnen 8000x so große Gezeitenkräfte.
@Samuel Ich denke, Sie sind verwirrt zwischen Gravitationskraft / Beschleunigung zwischen zwei Körpern als Ganzes (die 1 / r ^ 2-Begriffe oben im Abschnitt des Artikels, auf den Sie verlinken); und Gezeitenbeschleunigung (unten berechnet), die ein 1 / r ^ 3-Term ist.
Diese Antwort auf Physics.SE könnte ebenfalls hilfreich sein. Gezeiteneffekte basieren auf dem Gradienten (Steigung) des Gravitationsfeldes; nicht sein absoluter Wert. Da der Gradient eine Ableitung der Beschleunigung ist, erhalten Sie einen zusätzlichen 1/r-Term für 1/r^3.
Gute Antwort, es verwirrt mich, an ein faustgroßes Objekt zu denken, das alle 7 Stunden durch den Himmel zoomt ...
@DanNeely Der zitierte Artikel diskutiert die Zunahme der Gravitationskraft , die r ^ -2 ist, nicht r ^ -3. Ich habe die zusätzlichen Informationen zur Erhöhung der Gezeitenkraft hinzugefügt.
@ Jim2B Bei 8000-mal so großen Gezeitenkräften darf ich dann davon ausgehen, dass der durchschnittliche Tidenhub auf den offenen Meeresgebieten dieses Planeten unter sonst gleichen Bedingungen das 8000-fache des durchschnittlichen Tidenhubs auf den offenen Meeren unserer Erde beträgt (dh 4880 m gegenüber 0,61 m )?
Danke @Samuel für die tolle Antwort. Ich habe es positiv bewertet und es hat alle Fragen beantwortet, die ich gestellt habe - obwohl ich gerne mehr Details darüber hätte, wie ich den durchschnittlichen Tidenhub mit den von Ihnen erwähnten Gezeitenkräften berechnen soll. Ich habe diese Frage auch in meinem letzten Kommentar zu Jim2B gestellt. Da ich versucht bin, hier noch viele weitere Fragen zu stellen, werde ich die verwandten, aber neuen Fragen für einen neuen Beitrag aufheben.
@fantasia, nein zum Tidenhub. Die Bewegung des Meerwassers (Gezeiten) hängt nicht direkt mit den Gezeitenkräften des Mondes zusammen, sondern mit dem Schwappen des Wassers um den Planeten. Ich bin mir sicher, dass die Gezeitenbereiche größer wären, aber nicht 8000x größer.
@BowlOfRed Ok, ich hoffe, wir haben einen Ozeanographen unter uns, der diesen speziellen Aspekt dieser Frage beleuchtet.

Die massiven Gezeiten hätten einen weiteren Effekt, der darin besteht, die Erde zu verlangsamen und den Mond aufgrund von Gezeitendrehmomenten allmählich von der Erde nach außen in eine weiter entfernte Umlaufbahn zu bringen. Die aktuelle Geschwindigkeit der Verlangsamung kann nur mit genauen Atomuhren berechnet werden (mit gelegentlichen Schaltsekunden, die dem Jahr hinzugefügt werden, um die Verlangsamung auszugleichen), aber selbst in 4 Milliarden Jahren von jetzt an wird die Erde nicht durch Gezeiten mit dem Mond verbunden sein ( und wir werden zu dieser Zeit ein paar größere Probleme mit der Sonne haben).

Wenn der Mond so nah wäre, wie Sie es sich wünschen, wäre die Verlangsamung schneller (relativ gesehen vielleicht ein paar Sekunden pro Jahr) und der Mond würde sich in einem Menschenleben nicht sichtbar von der Erde zurückziehen, aber im Laufe der Generationen wird dies der Fall sein bemerkbar werden. Edmund Halley, berühmt für Halleys Kometen, bemerkte die Diskrepanzen in alten astronomischen Aufzeichnungen im Jahr 1695, so dass eine Zivilisation mit sogar begrenztem astronomischem Wissen dies irgendwann herausfinden wird.

Ja, wenn der Mond so nah angefangen hätte, wäre er jetzt weit weg . Das ist nur ein Faktor von 2 anders als das, was wirklich passiert ist. Wenn der Mond jetzt so nah ist , wie ist er dann in der jüngeren Geschichte dorthin gekommen?
Das ist nicht richtig. Wenn der Mond näher als die geosynchrone Höhe ist (und immer noch prograd umkreist), dann beschleunigt er die Erde und dreht sich spiralförmig nach innen, im Gegensatz zu dem, was er heute tut.
@BowlOfRed Zwei interessante, aber sehr unterschiedliche Antworten hier von zwei verschiedenen Postern: Eine sagt, dass die Höhe des Mondes und die Gezeiteneffekte ihn von seiner Primärseite nach außen spiralen lassen würden, und eine sagt, dass er sich nach innen drehen würde. Möchte jemand seine Aussage mit Gleichungen oder Referenzen untermauern?
@BowlOfRed Danke. Damit ist es für mich erledigt, da es von mehreren anderen Quellen, denen ich vertraue, bestätigt wurde.

Nicht stabil über geologische Zeit. Das ist ein System, das aufgrund der massiven Gezeitenkräfte extrem schnell Drehimpuls abbauen wird. Unabhängig davon, ob Sie einen stabilen Startaufbau bekommen könnten oder nicht, und ich neige dazu, dies nicht zu glauben, wird die erhöhte Gezeitengravitation an beiden Enden des Erde/Mond-Systems ausgeübt. Gezeitenreibung erzeugt einen Nettoverlust an Drehimpuls im System, aber der größte Teil der Energie wird von dem sich schneller bewegenden Mitglied mit niedrigerer Masse abgebucht, was bedeutet, dass der Mond in unserer Welt ständig Umlaufbahnenergie an die Erde abgibt. In einem System, das die vierhundertfache Kraft erzeugt, die wir heute sehen, ist das ein Prozess, der viel schneller ablaufen wird, ich bin mir nicht sicher, wasmit dem System passieren würde, ob der fragliche Mond in den Weltraum zurückweichen oder in Richtung seiner Primärlinie fallen und auseinandergerissen werden würde, wenn er seine Roche-Grenze überschreitet. Ich bin mir sicher, dass es nicht stabil ist, unser eigenes Erde/Mond-System ist nicht stabil, aber das hier ist wirklich nicht stabil.

Es scheint nicht möglich zu sein ohne absichtliche Technik oder eine ganz besondere Abfolge von Ereignissen.

Wenn der Mond so nah gestartet wäre, wäre er nach 4 Milliarden Jahren weit weg. Wie bekommt man es in geologisch jüngerer Zeit so nah, dass es nicht wieder abgelaufen ist?

Eine n-Körper-Interaktion könnte es einfangen und ihm sogar eine Perige so nahe geben, wie Sie wollten. Aber wie zirkuliert man dann die Umlaufbahn und bringt den (sehr entfernten) Höhepunkt passend nach unten?

Wenn ich beim Spielen von Osmos etwas gelernt habe, dann das, wenn Sie beim @ Perigäum eine verlangsamende Kraft in Fahrtrichtung anwenden, Sie den Apogäum fallen lassen, ohne viel anderes über die Umlaufbahn zu beeinflussen. Mit der richtigen "Mathematik" sollten Sie in der Lage sein, mit einem einzigen, gut getimten Brennen mit angemessener Kraft eine nahezu perfekte Umlaufbahn zu erreichen. Ich bin mir nicht sicher, wie viele Estes D-? Motoren würde es dauern, aber hey... :-)
Richtig, die Beschleunigung, die am nächsten Punkt angewendet wird, senkt sich am weitesten. Eine natürliche n-Körper-Wechselwirkung würde also (1) ein enormes Delta-V benötigen und (2) dies auch in der Nähe des Primärs tun: Wie kann also das gut gezielte Schwarze Loch oder was auch immer den Mond beeinflussen, aber nicht den auch primär?
Übrigens, 30 Jahre vor Osmos lernte ich, dass das Schreiben von Orbital-Simulationen auf einem 8-Bit-Computer mit 2 KB RAM als Coisins eines "Mondlander" -Spiels diente. Keine Grafiken, nur 1 Zeile LCD-Text.
@JDługosz Danke, dass du dir die Zeit genommen hast zu antworten. Könnten Sie bitte erläutern, warum der betreffende Mond in 20 000 km Höhe keine stabile Umlaufbahn halten könnte, sondern sich nach außen bewegen müsste? Ihre Erwähnung des Mondeinzugs ist auch von Interesse. Meinen Sie damit, dass der Primärstern in der Lage sein könnte, einen Mond einzufangen und ihm ein Perigäum von 20.000 km (oder einer beliebigen Entfernung) zu geben, ihm aber keine kreisförmige Umlaufbahn geben kann? Nochmals vielen Dank, und bedenken Sie meine Unwissenheit in Bezug auf die Himmelsmechanik, wenn Sie versuchen, es zu erklären.
Unser Mond bildete sich nahe und entfernte sich. Dies ist auf Reibung und Phasenverzögerung bei Gezeiten sowie auf die Erhaltung des Drehimpulses zurückzuführen. Das steht in Wikipedia , zweiter Absatz in diesem Abschnitt.
Meinen Sie damit, dass der Primärstern in der Lage sein könnte, einen Mond einzufangen und ihm ein Perigäum von 20.000 km (oder einer beliebigen Entfernung) zu geben, ihm aber keine kreisförmige Umlaufbahn geben kann? exakt. Kein einzelnes Delta-V-Ereignis könnte das. Um das reine Mathematik-/Physikproblem zu diskutieren, fragen Sie, warum das so ist auf Physics.SE (falls es nicht bereits dort ist).
@JDługosz Vielen Dank für diesen Beitrag und für die Beseitigung meiner Verwirrung. Als ich über diese Information nachdachte, kam mir eine noch interessantere Welt in den Sinn: eine mit periodischen Zeiten schrecklicher Tidenhubs, wenn der Mond im Perigäum steht, und ziemlich ruhigen und befahrbaren Meeren, wenn er weiter entfernt ist.
Vielleicht möchten Sie untersuchen, wie weit ein Mond auf Peragee kommen könnte, ohne aus der Umlaufbahn geworfen zu werden und eine unabhängige Umlaufbahn um die Sonne einzunehmen. Hmm, wie wäre es mit einem Doppelplaneten, der sich gemeinsam umkreist, sodass sie regelmäßig sehr nahe beieinander liegen und sich auch auf gegenüberliegenden Seiten der Sonne befinden können?
Siehe diese Abbildung: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/73/… das gelbe und das blaue Positionspaar zeigen, wie nahe sie sich kommen!
@JDługosz Horsehoe Orbits und Doppelplaneten, die gemeinsam umkreisen, fassen ziemlich genau den Grund zusammen, warum ich Worldbuilding Stackexchange beigetreten bin: die Erweiterung des mentalen Horizonts. Hatte keine Ahnung, dass diese Dinger überhaupt existieren. Und als ich darüber las, fand ich eine weitere interessante Konfiguration: binäre erdgroße Planeten in stabilen Umlaufbahnen. Wusste nicht, dass es möglich ist, fand aber heute einen Artikel darüber: www.space.com/27832-binary-earth-size-alien-planets.html Nur eine Frage: Warum werden zwei erdgroße Planeten nicht durch getrennt die Entfernung von der Hälfte ihres Durchmessers durch Gezeitenzüge aufbrechen (sie befinden sich weit innerhalb der Roche-Grenze)?
Eine Welt mit einem Mond, der viel näher umkreist als wir
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v