Können sich 3 Planeten so umeinander drehen?

Ich habe mich gefragt, ob sich drei Planeten so umeinander drehen können, dass:

  • Zwei der Planeten sind kleiner und rotieren umeinander

  • Die beiden kleineren Planeten drehen sich um einen anderen, größeren Planeten.

Es ist ein bisschen schwer zu erklären, deshalb habe ich mit GIMP und Blender eine Animation (von geringer Qualität, nur zur Veranschaulichung, mit Merkur, Venus und Erde wie Planeten) erstellt:

Orbit

Ist das möglich (natürlich nicht genau wie in der Animation)?

Wenn es möglich ist, werde ich beeindruckt sein. Noch mehr beeindruckt, wenn ich die Mechanik dahinter verstehen kann.
Dies scheint das gleiche Grundkonzept wie Moons of Moons of Moons zu sein .
Relevante Lektüre auf Wikipedia: Drei-Körper-Problem . "Historisch gesehen war das erste spezifische Dreikörperproblem, das ausführlich untersucht wurde, dasjenige, das den Mond, die Erde und die Sonne betraf. " Es wird zu einem Vierkörperproblem (das zu einem n-Körperproblem degeneriert ), wenn Sie auch a hinzufügen Zentralstern.
Sonne, Pluto und Charon bilden ein solches 3-Körper-System.
Der Große ist die Sonne, der Mittlere ist die Erde, der Kleine ist der Mond.
@NexTerren Es ist nur einfache Schwerkraft. Berechnen Sie die Gravitationskraft zwischen jedem Objektpaar. F = G*m1*m2 / d^2
Helliconia von Brian Aldiss verwendete ein ähnliches System. Ein großer Überriese namens Freyr, der ein kleineres Sonnensystem mit einem Stern namens Batalix und einem Planeten namens Helliconia eroberte.
Als ich einmal mit einem 3-Körper-Simulator spielte, fand ich es viel einfacher, Stabilität zu erreichen, wenn die beiden Bewegungen – der beiden kleineren Körper relativ zueinander und des Paars relativ zum größeren Körper – einen entgegengesetzten Sinn haben.
Könnten Sie also ein Trinäres Sternensystem haben?

Antworten (7)

Theoretisch ja, das ist möglich . In der Praxis wäre dies eine seltene Sache, nur weil die Naturgesetze wankelmütig und etwas unvorhersehbar sein können. Ich werde den Planeten, den Ihre Animation als Erde zeigt, als PB1 (Planetary Body 1) bezeichnen. Ich werde den Mars auch PB2 und den Mond PB3 nennen.

Es gibt jedoch einige wichtige Bits:

  • Das Roche-Limit : Kurz gesagt, das Roche-Limit beschreibt, wie nahe zwei Planeten kommen können, bevor die Gravitationskräfte den einen oder anderen auseinanderreißen. Offensichtlich gilt dies hauptsächlich für PB2 und PB3, aber auch für PB1 und das gepaarte PB2+PB3-System.
  • Der Abstand zwischen PB1 und PB2+PB3 muss ausreichend groß sein, damit PB2+PB3 in ihren Umlaufbahnen umeinander bleiben. Dies erlaubt uns zu sagen, dass das TB2+TB3-System wie ein großer planetarer Körper wirkt. Ich werde diesen hypothetischen Planeten gleicher Masse "J" nennen.
  • Sobald das "J"-System weit genug entfernt ist, kann das PB1+J-System wie jeder Planet mit einem Satelliten modelliert werden. Tatsächlich kann J massiver sein als der PB1, es hängt nur davon ab, wie Sie Ihren mögenSandwichesPlanetensysteme. Massenmäßig kann also PB3=PB1>PB2 passieren. PB2>PB3>PB1 kann auch vorkommen. Laut Ihrer Animation sehen Sie jedoch PB1=J.

Sie können mit einem Planetenumlaufsimulator wie dem hier , oder hier , oder hier herumspielen , um herauszufinden, wie schwierig es ist, ihn einzurichten. (Noch schwieriger ist es beispielsweise, eine Hufeisenumlaufbahn einzurichten .)

Cem Kalyoncu hat mit dem zweiten Simulator herumgespielt und einige nette Einstellungen für Ihr Planetensystem gefunden:

PB1: Masse: 200, Ort: 150, 0, Geschwindigkeit: 0, 133

PB2: Masse: 100, Ort: -100, 0, Geschwindigkeit: 0, -105

PB3: Masse: 100, Ort: -50, 0, Geschwindigkeit: 0, 105

Danke Cem Kalyoncu!

Ich habe es geschafft, mit dem zweiten Simulator etwas Ähnliches wie in der Frage beschrieben zu bekommen. PB1 20 (Masse) 0, 0 (Ort), 0, -1 Geschwindigkeit. PB2 10 133, 0, -8, 43 PB 3: 10, 166, 0 -5, 79
Viel besser: PB1: 200, 150, 0, 0, 130; PB2: 100, -100, 0, 0, -80, PB3: 100, -50, 0, 0, 80
Außer PB1 = PB2 + PB3 kann das System nicht vollständig kreisförmig sein. Wenn PB1 < PB2 + PB3, wäre die Umlaufbahn von P1 größer als die Umlaufbahn der anderen beiden. In der Tat, wenn PB2 + PB3 = PB1 * 2, wäre es genau doppelt so groß wie PB2 und PB3.
@CemKalyoncu Sehr schön!
Ich liebte diesen Simulator, eine Erhöhung der Geschwindigkeit von PB2 und PB3 auf 105 und PB1 auf 133 würde das System (fast) perfekt machen. Frühere sind ebenfalls stabil, aber dieses neue wird weniger Gezeitenkräfte erfahren.
Lol das PB+J-System klingt ziemlich lecker.
lol Mal ehrlich, hast du PB+J als Wortspiel für einen leckeren Snack benutzt?
@DevNull Ja. Es war meine Mittagszeit. Ich habe sogar überlegt, sie "cremig, knusprig und natürlich" zu nennen, aber ich fand das zu viel.
Wenn PB2 und PB3 ähnlich groß sind, ist dies nicht zulässig; Sie enden stattdessen mit einer Hufeisenbahn. Es ist nicht so, dass man sie nicht platzieren kann, es ist so, dass sie sich nicht so bilden können. Es sei denn, Sie wollen Young-Earth-Modelle.
Ja, ich habe mich nur angemeldet, um dem Wortspiel +1 zu geben. Das ist meine Marmelade.
Eigenwerbung , aber ich habe noch einen weiteren Planetensimulator erstellt: vihan.org/p/SSS
Oh nein, jetzt werde ich den ganzen Tag damit verbringen, Dinge dazu zu bringen, sich gegenseitig zu umkreisen.
Das Gute an unserem Universum ist, dass es wahrscheinlich unendlich ist, also existiert wahrscheinlich alles, was funktionieren kann, tatsächlich (das ist wahrscheinlich 2 im selben Satz, also liege ich wahrscheinlich falsch).
@Rigop Denken Sie daran, Sie können unendlich viele Äpfel haben und keine einzige Orange. ;)
Ich denke, diese Antwort würde durch eine kurze Erörterung der Stabilität eines solchen Systems verbessert, was auch für Menschen wichtig ist, die versuchen, mit ihnen zu interagieren, danach zu suchen oder darin zu leben.
Ich glaube nicht, dass das Roche-Limit ins Spiel kommt, wenn PB2 und PB# ungefähr die gleiche Größe und Dichte haben. Meine Erinnerung an das Knirschen der Zahlen in der Roche-Grenzgleichung für identische Körper vor einiger Zeit war, dass die Roche-Grenze für identische Körper kleiner ist als der Radius der Körper selbst.

Das ist absolut plausibel, wenn auch mit viel größeren Abständen, als Sie in der Animation zeigen. Sie können leicht zwei Körper haben, die sich im Weltraum umkreisen. Nehmen Sie jetzt einen dieser Körper und verwandeln Sie ihn in zwei Körper auf einer viel kleineren Umlaufbahn. Das funktioniert, solange sich die beiden kleineren Körper so nahe sind, dass ihre gegenseitige Schwerkraft viel stärker ist als die Schwerkraft des anderen, entfernteren Körpers. (Technisch bedeutet dies, dass der Doppelplanet innerhalb der Hill-Sphäre bleiben muss).

Die Pointe: Es gibt viele kleine technische Probleme wie Gezeiten, aber das ist im Prinzip absolut plausibel.

Es ist im Grunde analog zu Systemen mit mehreren Sternen, die dazu neigen, hierarchisch aufgebaut zu sein, wo jeder Stern seinem engsten Begleiter viel näher steht als jedem anderen Stern. Falls Sie interessiert sind, ich habe ein paar gefälschte Systeme in dieser Form erstellt. Siehe hier und hier .

"Es gibt viele kleine technische Probleme" - Orbitalsimulatoren sind besonders nützlich, weil sie helfen zu untersuchen, ob sich irgendwelche dieser kleinen technischen Probleme im Laufe der Zeit ansammeln und gelegentlich einen Ihrer drei Körper mit enormer Geschwindigkeit aus dem System schleudern ;-)
"Orbitalsimulationen" sind mein Tagesgeschäft ;) obs.u-bordeaux1.fr/e3arths/raymond
Ich denke, diese Antwort würde durch eine kurze Erörterung der Stabilität eines solchen Systems verbessert, was auch für Menschen wichtig ist, die versuchen, mit ihnen zu interagieren, danach zu suchen oder darin zu leben.

Es ist ziemlich einfach, sich konzeptionell davon zu überzeugen, dass dies möglich ist. Ersetzen Sie einfach den größten Planeten durch die Sonne, den mittleren durch die Erde und den kleinsten durch den Mond, und Sie haben das gleiche Setup.

Es gibt nichts Besonderes an Sternen, Planeten und Monden, wenn es um die Art und Weise geht, wie Dinge sich gegenseitig umkreisen. Es ist nur so, dass die beiden kleineren Körper per Definition keine Planeten wären, weil sie einen anderen Planeten umkreisen. Sie sind beide Monde.

Ihr Szenario ist nicht sehr wahrscheinlich, denn damit sich die kleineren Körper stabil umkreisen können, müssen sie ausreichend weit vom größeren Planeten entfernt sein. Aber das macht sie weniger stark daran gebunden und wird eher durch etwas anderes wie einen nahe gelegenen Planeten oder nur den Zentralstern gestört.

Ich glaube nicht, dass das stimmt, nachdem Sie Ihre vorgeschlagenen Ersetzungen vorgenommen haben, würde die obige Animation die Sonne und die Erde mit ihrem Mond bei derselben Umdrehung zeigen. Zusätzlich zeigt es die Erde mit ihrem Mond auf derselben Umdrehung. Beides ist in unserem Sonnensystem nicht der Fall. Die Erde dreht sich um die Sonne und der Mond dreht sich nicht auf der gleichen Umlaufbahn um die Erde.
@John "Die Erde dreht sich um die Sonne und der Mond dreht sich um die Erde, es gibt nicht denselben Umlaufpfad." -- Entschuldigung, ich verstehe wirklich nicht, was Sie sagen wollen. Sicherlich drehen sich Erde und Mond gemeinsam um die Sonne.
@ John Ich bin mir nicht sicher, was du meinst. Im ursprünglichen Diagramm gibt es 3 Körper. Die beiden kleineren umkreisen gemeinsam die größere, und die kleinste umkreist auch die mittlere. Das ist genau der gleiche Aufbau wie beim Sonne-Erde-Mond-System, nur das Ding in der Mitte ist nicht steinig. Was versuchst du zu sagen, wenn du schreibst "es gibt nicht denselben Revolutionspfad"? Wenn Sie die Umlaufbahn meinen, dann gibt es eigentlich keinen einzigen Weg, dem die Erde folgt. Es wird tatsächlich ständig vom Mond bewegt, also ist es keine glatte Ellipse.
Ich habe gerade den Punkt angesprochen, dass das obige Bild eine sanfte Umdrehung zu zeigen scheint, bei der sich der Mond und die Erde um einen Punkt drehen, als ob ihre Umlaufbahn nahe an einem Kreis um diesen Punkt wäre. Ich stimme zu, dass der Mond die Erde etwas ziehen wird, aber um eine enge Kreisumdrehung zu haben, müssten die beiden Körper in der kleineren Umdrehung sehr nahe beieinander liegen.

Mit dem zweiten Simulator , der in der akzeptierten Antwort erwähnt wurde, kam ich auf Folgendes:

__

Dieses Setup war so, wie es das OP wollte, und war so lange stabil, dass der Akku meines Computers leer war, selbst wenn er in den schnellsten Modus geschaltet wurde.

Ich denke, diese Antwort würde durch eine kurze Erörterung der Stabilität eines solchen Systems verbessert, was auch für Menschen wichtig ist, die versuchen, mit ihnen zu interagieren, danach zu suchen oder darin zu leben.

Beim Herumspielen mit der oben vorgeschlagenen Simulation habe ich die gewünschte Konfiguration wie folgt erhalten:

Körper 1 – Masse 200, Position: x=0, y=0, Geschwindigkeit: x=0, y=-1
Körper 2 – Masse 50, Position: x=110, y=0, Geschwindigkeit: x=0, y= 140
Körper 3 - Masse 0,001, Position x=125, y=0, Geschwindigkeit: x=0, y=305

Das war sehr, sehr lange stabil. Sollte in der Lage sein, dies ohne allzu große Kopfschmerzen um einen sehr, sehr massiven Stern zu kreisen.

Ich habe es getestet, und es scheint, dass body[3].velocity.yes 31 statt 305 sein sollte, damit es funktioniert.
Tatsächlich erledigt das "Double Double"-Preset aus diesem Simulator bereits die Aufgabe.
Ich denke, diese Antwort würde durch eine Erklärung verbessert, was Sie mit "sehr, sehr langer Zeit" meinen. Millionen von Jahren könnten großartig für den Außenposten oder Rastplatz eines galaktischen Imperiums sein; nicht so toll für ein unabhängig entwickeltes Leben?

Nun ja.

Zum Beispiel unsere Sonne, Erde und Mond.

Das sind nur 3 Objekte, aber die beschriebene Situation hat 4 (der implizierte Stern ist der vierte). Nicht ganz das Gleiche.

Ich bin mir nicht sicher, ob Sie genau darauf abzielen, aber schauen Sie sich an, wie Pluto und Charon mit Plutos Monden interagieren:

https://en.wikipedia.org/wiki/Moons_of_Pluto

Können sich 3 Planeten so umeinander drehen?
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