Ist es möglich, dass Planetenringe senkrecht (oder nahezu senkrecht) zur Umlaufbahn des Planeten um den Wirtsstern verlaufen?

Beispiel

Ist es möglich, dass Planetenringe senkrecht (oder nahezu senkrecht) zur Umlaufbahn des Planeten um den Wirtsstern verlaufen?

Warum bitte nicht?
Vermuten Sie etwas über die Ausrichtung der Rotationsachse des Planeten?
Kamera war seitlich!

Antworten (2)

Ja, die Ebene der Ringe des Uranus liegt bei etwa 98 Grad zur Ebene seiner Umlaufbahn um die Sonne.

Das bedeutet, dass das Ringsystem zweimal pro Umlauf so aussieht wie auf Ihrem Bild. Während der Planet die Sonne umkreist, werden die Ringe, obwohl sie immer noch um 98 Grad zur Umlaufbahnebene geneigt sind, von der Sonne aus gesehen allmählich "face-on". Dies geschieht etwa eine Viertelumlaufzeit nach der im Bild dargestellten Konfiguration. Dann, ein weiteres Viertel einer Umlaufzeit später, wird Uranus auf der anderen Seite der Sonne sein, aber mit seinen Ringen wie gezeigt geneigt.

Was nicht passieren kann, ist, dass die Ringe über die gesamte Umlaufbahn eines Planeten wie gezeigt ausgerichtet sind. Die Erhaltung des Drehimpulses erfordert, dass sich die Ebene der Ringe (oder die Rotationsachse des Ringmaterials) nicht ändert, es sei denn, es würde ein externes Drehmoment ausgeübt, um sie zu ändern. Daher würden die Ringe in Ihrem Bild nach einer Viertelumlaufbahn dem Stern zugewandt sein.

Wenn Sie sagen "kann nicht dauerhaft in dieser Konfiguration sein", meinen Sie, dass die Ausrichtung der Ringe periodisch oszilliert (innerhalb eines Umlaufzyklus) oder dass sich die Umlaufbahn des Rings schließlich über viele Umlaufzyklen ändert?
@CuriousCat Die Ausrichtung der Ringe im Raum bleibt gleich. Aber der Planet umkreist den Stern. Die scheinbare Ausrichtung der Ringe in Bezug auf den Stern ändert sich daher von wie in Ihrem Bild gezeigt zu den Ringen, die dem Stern "frontal" gegenüberstehen, ein Viertel einer Umlaufbahn später.
Ist es möglich, dass Planetenringe senkrecht zur axialen Neigung ihres Planeten stehen?
@Mazura das ist eine andere Frage.
Ja, aber das ist der lustige Teil davon. „Die Ringe des Uranus stehen bei etwa 98 Grad zur Ebene seiner Umlaufbahn um die Sonne [weil … das ist genau seine axiale Neigung, da es der einzige Planet ist, der ‚umgekippt‘ wurde].“ Was die Ringe betrifft, ist ihr Einflussbereich der Planet, nicht die Sonne.
@Mazura und die Antwort lautet: Wenn die Ringe durch das Auseinanderbrechen eines erbeuteten Satelliten entstehen, können sie es ja sein. Wenn die Ringe gleichzeitig mit dem Planeten gebildet werden, können sie das nicht. Einige der Saturnringe liegen außerhalb der Äquatorialebene. Nichts davon würde meine Antwort ändern.
"Einige von Saturns Ringen liegen außerhalb der Äquatorebene". Sprechen Sie über den Phoebe-Ring , der um 27 Grad von der Äquatorialebene des Planeten geneigt ist? Unabhängig davon: Haben andere Planeten außer Saturn ihre Ringe in derselben Ebene wie die Äquatorebene? Ich kann eine separate Frage stellen, wenn Sie möchten.

Ich habe ein paar Animationen gepostet, nur um sicherzugehen :) Das Bild ist hoffentlich offensichtlich nicht maßstabsgetreu.

Das ist möglich:

Animation eines Planeten mit Ringen senkrecht zu seiner Bahnebene

und ist tatsächlich nicht weit von dem entfernt, was Uranus tut.

Die obige Animation wurde mit Mathematica erstellt. Die Kamera befindet sich über der Ebene der Umlaufbahn des Planeten, aber nicht direkt über dem Stern. Die Ringe stehen senkrecht zur Bahnebene. Da die Kamera außermittig ist, sehen wir ein wenig von der Seite der Ringe. Da sich die Kamera in einem endlichen Abstand befindet, variiert der Winkel zwischen der Ebene der Ringe und der Sichtlinie von der Kamera entlang der Umlaufbahn.

Andererseits ist die unten gezeigte Animation physikalisch unmöglich. Die Drehimpulserhaltung verbietet es:

Animation eines unmöglichen Planeten mit Ringen immer seitlich zur Sonne

Der Ring befindet sich auf der Ebene der Umlaufbahnen der Teilchen, aus denen der Ring besteht, und (die Richtung der Normalen) dieser Ebene ändert sich während der Umlaufbahn des Planeten nicht. Anfangs dachte ich, dass der Ring automatisch auf der Ebene des Äquators des Planeten liegen würde. Das ist bei den Hauptringen des Saturn und denen des Uranus der Fall. Wie hier erklärt , gibt es jedoch kein physikalisches Gesetz, das dies erforderlich machen würde. Sogar Saturn hat einen dünnen, schwachen Ring in einer anderen Ausrichtung.

Mein begrenztes Verständnis ist, dass die Herkunft des Rings eine Rolle spielt. Wenn ein Ring aus den Überresten eines ehemaligen Satelliten besteht, folgt er der Umlaufbahn dieses Satelliten. Wenn andererseits der Ring zusammen mit dem Planetensystem oder sogar Auswurfmaterial des sich bildenden Planeten gebildet wurde, dann fühlt es sich natürlich an, dass der Ring genau auf der Äquatorialebene liegen sollte.

Wir brauchen einen Astronomen, um mehr Details zu geben. Nachdem ich einen Blick auf Wikipedia geworfen habe, vermute ich, dass ein Ring auf der Äquatorialebene stabiler sein könnte. Insbesondere, wenn "Schäfermonde" vorhanden sein müssen, um den Ring intakt zu halten. Offensichtlich neigen die Satelliten dazu, sich in der Nähe der Äquatorialebene des Mutterplaneten zu befinden. Könnte die Schwerkraft der verbleibenden Satelliten einen Ring in einer anderen Ausrichtung stärker stören, was bedeutet, dass er nicht lange bestehen würde?

Was wäre, wenn dieser Planet durch Gezeiten an den Wirtsstern gebunden wäre?
@fasterthanlight Dann befindet sich der Wirtsstern auf der Äquatorialebene des Planeten, oder? Dies impliziert, dass dies auch die Ringe sind (falls unter den Umständen welche überleben können). Die Achse des Planeten steht senkrecht auf der Ringebene.
Eigentlich bin ich mir da nicht mehr sicher. Auf jeden Fall sollte die Richtung der Normalen der Ringebene trotz einer Gezeitensperre (fast) konstant sein. Es wäre also immer noch die Situation in der Top-Animation. Und ich denke, dass die Gezeitenkräfte des Sterns stark genug sind, um den Planeten zu blockieren, dann würden sie auch den Ring sprengen. Ich fürchte, ich weiß es nicht.
Der zweite Fall ist nicht so unmöglich, wie es scheinen mag. Tatsächlich folgen die Ringe einer sonnensynchronen Umlaufbahn en.wikipedia.org/wiki/Sun-synchronous_orbit , was eine sehr reale Sache ist.
@Pere 1- Die Ringe folgen typischerweise dem Äquator des Planeten (aufgrund der Drehimpulserhaltung), wenn sie, wie der häufigere Fall ist, aus protoplanetarem Staub gebildet werden. Die von Ihnen erwähnte sonnensynchrone Umlaufbahn wäre für den Planeten. Dies bedeutet, dass die Umlaufbahn und Rotation des Planeten und folglich die Ringe in derselben Ebene liegen (also alle parallel). Der von Ihnen erwähnte Fall, dass die Ringe sonnensynchron sind und sagen, dass der zweite Fall möglich wäre, widerspricht der linearen / Drehimpulserhaltung. Aber Requisiten an Jyrki
2- Um zu verstehen, dass es nicht möglich ist (oder zumindest im planetaren Fall fast unmöglich, aber möglich wie in einem Gedankenexperiment), sehen Sie einfach, wie sich die Ringe in Bezug auf den Planeten bewegen, sie drehen sich um den Planeten in einem umständliche Weise. Anstatt wie bei Saturn, wo sie sich in einer Scheibe drehen (oder wie ein Hockeypuck auf Eis), hat jedes Teilchen der Ringe seine eigene Umlaufbahn, und die Ringe drehen sich wie eine sich drehende Münze auf einem Tisch mit der Umlaufzeit der Ring, der mit der Umlaufzeit des Planeten identisch ist. Das ist einfach seltsam. In diesem Fall können Sie keinen Spin wie bei den Saturnringen hinzufügen ... 3
3- da dies bedeutet, dass Sie eine Staubwolke erzeugen, in der alle Partikel kollidieren und langsam in die tatsächliche Ebene zusammenfließen, die durch den Drehimpuls zulässig ist, was nichts mit dem Fall einer sternsynchronen Umlaufbahn zu tun hat, die Sie beschrieben haben. Mit anderen Worten, ein Ringsystem in einer sternsynchronen Umlaufbahn ist ein hoch (mega hyper) instabiler Gleichgewichtspunkt.
@Pere Eine interessante Möglichkeit. Irgendwann hatte ich eine eingeklammerte Bemerkung eingefügt Präzession ist möglich, aber das ignorieren wir . Dann habe ich es entfernt, weil ich dachte, es wäre verwirrend. Wie auch immer, ich kenne mich mit der Himmelsmechanik nicht gut genug aus, um sagen zu können, ob ein beträchtlicher Ring der Art von Umlaufbahn, die Sie sich vorgestellt haben, stabil folgen kann.
Der Punkt war, dass ich nicht wusste, dass eine ausreichend schnelle Präzession realisierbar wäre. Wie war nochmal die Zeit mit der Erdachse? 26000 Jahre?
Ich habe letzte Nacht noch einmal darüber nachgedacht und festgestellt, dass ich einen Fehler gemacht habe, dass die Teile auf der Rotationsachse (die Münze auf dem Tischtyp) eigentlich keine Umlaufgeschwindigkeit haben und einfach auf den Planeten fallen würden, zweitens sind die Umlaufbahnen um die Massenmittelpunkt des Planeten, keine Achse (da Sie natürlich eine Rotationsachse haben, aber die Projektion der Rotation auf einen Punkt erfolgt, nicht entlang der Achse), was bedeutet, dass diese Art von Umlaufbahn nicht möglich ist
bezüglich Präzession und allen anderen Effekten, die von mehr als 2 Körpermechaniken herrühren, kenne ich mich auch nicht gut genug aus, aber sicherlich würden Dreh- und Linearimpulse nicht den Fall zulassen, dass sich die Ringe mit der rotierenden Ebene einschließlich des Sterns ausrichten würden. Planetenlinie in der Senkrechten der Umlaufbahn
Triton ist Neptun näher als der Mond der Erde. Es umkreist in der entgegengesetzten Richtung von Neptuns Spin und präzediert zwischen etwa 7 Grad und 53 Grad von der Rotationsebene von Neptun. Eine Wikipedia-Quelle sagt voraus, dass sich Triton in weniger als 4 Milliarden Jahren innerhalb der Roche-Grenze befinden und zu einem Ringsystem aufbrechen wird. Daher wird Neptun Ringe haben, die nicht nur nicht äquatorial sind, sondern möglicherweise immer noch präzedieren.
@Ilmari Genau das, was Sie mit den GIFs gemacht haben, damit sie sich auf unbestimmte Zeit wiederholen? Es ist mir ein bisschen ein Rätsel. Einige meiner alten animierten GIFs in Math.SE laufen endlos, aber die neuen nicht. Auch wenn ich den Parameter in Mathematica auf Unendlich spezifiziere. Ich habe eine vage Erinnerung, dass es irgendwann eine SW-Änderung gab, aber ich war damit nie auf dem Laufenden.
@JyrkiLahtonen: GIF-Animationen haben eine Einstellung für die Anzahl der Schleifen; wenn es 0 ist, wird die Animation für immer wiederholt. Viele GIF-Bearbeitungsprogramme ermöglichen das Ändern der Einstellung; Ich glaube, ich habe gifsicle verwendet . Hier sind ein paar andere Optionen.
@IlmariKaronen Anscheinend hast du es geschafft, aber das Basteln mit dem AnimationRepetitionsParameter mit Mathematica sollte dasselbe tun, wird es aber nicht. Unabhängig davon, ob ich diesen Parameter auf setze 7 , ∞ , oder 0 . Die Animation wird im Browser genau zweimal angezeigt. Dies, bevor es auch nur in die Nähe von Imgur und ihren Sachen kommt. Ich dachte, das Problem hängt mit dem Browser zusammen. Oder sogar eine Website-Richtlinie? Ich erinnere mich an einen Thread, in dem angekündigt wurde, dass die Anzahl der Wiederholungen absichtlich begrenzt wurde, weil Benutzer sie missbrauchen. Ich dachte, du kennst ein paar schmutzige Tricks.
FWIW Mac OS X Tools sind für mich nutzlos. Ich bin auf Windows, im Guten wie im Schlechten :-)
@IlmariKaronen Ich habe erfahren, dass es sich um einen Fehler in Mathematica handelt, der in Version 11 eingeführt wurde und den ich leider nicht besitze. Eine Lösung , sozusagen.
@JyrkiLahtonen: Gifsicle ist plattformübergreifend. Hier ist ein Windows-Build.
Danke @IlmariKaronen
Ist es möglich, dass Planetenringe senkrecht (oder nahezu senkrecht) zur Umlaufbahn des Planeten um den Wirtsstern verlaufen?
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