Könnten Erde und Mond die gleiche Größe haben?

Möglich, ja. Wahrscheinlich? Nein.

Ich werde eine kurze Version der Wissenschaft hinter Doppelplaneten präsentieren. Für das Ganze können Sie sich auf diesen Artikel des California Institute of Technology beziehen . Einige Wissenschaftler dort führten einige Simulationen durch und veröffentlichten eine Abhandlung darüber.

Was Sie also wollen, ist als binärer Planet bekannt . Es unterscheidet sich von einem System wie Pluto-Charon (weil Pluto viel massiver als Charon ist), aber ähnlich wie 90 Antiope .

Der Grund, warum ich sage, dass es unwahrscheinlich ist, ist, dass für die Entwicklung eines binären Planetensystems ein Schock zwischen zwei ehemals einsamen Planeten eine "Kusskollision" durchlaufen muss. Sie müssen sich bei ihrem Aufprall gegenseitig "streifen" oder "kratzen". Die beteiligten Gezeitenkräfte werden große Gezeiten verursachen, die den Impuls zerstreuen und bewirken, dass das System gebunden wird (dh: keiner der Planeten wird die Fluchtgeschwindigkeit des Systems erreichen).

Diese Anordnung ist nicht vollkommen stabil, und wie der Artikel erwähnt, kann sie nur wenige Milliarden Jahre dauern. Je weniger ideal die Kollision ist, desto eher entkoppelt oder kollabiert das System. Unnötig zu erwähnen, dass dies für jedes Leben, das sich auf dem Doppelplaneten entwickelt hat, katastrophal wäre. Es ist möglich, dass einer der resultierenden Planeten auf den Stern fällt. Es ist auch möglich, dass einer von ihnen aus dem Sternensystem ausgestoßen wird. Es ist möglich, dass die Teile erneut kollidieren, was sie zu einem einzigen Planeten verschmelzen würde. Dies würde sehr wahrscheinlich die Kruste während der Fusion schmelzen.

Unabhängig davon, ob Sie vorhaben, Ihren Bewohnern eines Doppelplaneten einen solchen Untergang zu bescheren oder nicht, hier sind die Anforderungen für einen Doppelplaneten, um sich realistisch um einen Stern der Spektralklasse G wie unsere Sonne zu bilden und zu stabilisieren:

• Muss seine Umlaufbahn um den Mutterstern mindestens eine halbe AE entfernt von ihm stabilisieren;
• Die Oberflächen jedes Teils der Binärdatei sollten einen Planetenradius voneinander entfernt bleiben.

Beachten Sie auch, dass die Teile des Doppelplaneten notwendigerweise durch die Gezeiten gesperrt sind.

Bisher habe ich nur gesagt, was der Artikel sagt. Aber daraus können wir einige interessante Eigenschaften eines solchen Systems ableiten.

Für den Anfang könnte es sich vernünftigerweise innerhalb der Goldilocks-Zone um einen G2V-Stern befinden. Und da die Anordnung Milliarden von Jahren andauern kann, wobei die ursprünglichen kollidierenden Planeten die gleiche chemische Zusammensetzung wie die Proto-Erde und Theia haben, könnte sich Leben, wie wir es kennen, auf einem solchen Doppelplaneten entwickeln.

Die Umlaufzeit von jedem um das Baryzentrum wäre ziemlich kurz, in der Größenordnung von Stunden. Für eine geosynchrone Umlaufbahn um die Erde – also eine Umlaufbahn mit einer Dauer von einem Tag – muss sich ein Satellit sechs Erdradien über der Erdoberfläche befinden. Vergleichen Sie mit der Abbildung eines Planetenradius zwischen den Komponenten des Binärsystems (niedrigere Umlaufbahn = kürzere Periode). Dies würde tägliche Finsternisse verursachen (denken Sie daran, dass der verfinsterte Körper viel größer und näher am verfinsterten Körper ist als der Mond für uns). Die auf jeder Komponente verfinsterte Region ist aufgrund der Gezeitensperre immer gleich. Es wird jeden Tag weniger Sonnenlicht abbekommen und durchläuft effektiv einen permanenten Winter - der sich in Teilen des Jahres mit dem Winter im Zusammenhang mit der axialen Neigung kumulieren kann.

Nur um es klar zu sagen: Wahnsinnig kurze Umlaufzeit + Gezeitensperre = ein Sol, das viel kürzer ist als das der Erde (ich schätze 12-14 Stunden).

Die Gravitation wäre auf der Seite jedes Planeten, die dem anderen abgewandt ist, merklich stärker. Wenn Sie auf der "äußeren" Seite der Binärdatei stehen, erhalten Sie die gesamte Anziehungskraft von zwei Planeten. Aber in der Finsternisregion erhalten Sie zwei starke Zugkräfte in entgegengesetzte Richtungen (obwohl der Planet, auf dem Sie stehen, den größeren Zug haben wird). Ein ähnliches Tauziehen besteht zwischen Erde und Mond, aber die Anziehungskraft des Mondes ist zu gering, um überhaupt wahrnehmbar zu sein. Zurück zum Binärsystem: Sollten einige Arten es jemals ins Weltraumzeitalter schaffen, werden sie feststellen, dass die Anziehungskraft im Baryzentrum nahe Null ist.

Ich weiß nicht, wie ich die durchschnittliche Schwerkraft für jede Systemkomponente berechnen soll, aber ich weiß, dass die Masse jeder einzelnen immer noch ungefähr fünf Marsmassen beträgt. Ich denke also, dass die durchschnittliche Schwerkraft der Erde viel näher sein würde als der des Mars.

Wenn die Binärdatei keine Monde hat, gibt es keine Gezeiten. Wenn es einen Mond gibt, der die Binärdatei umkreist, wird es Gezeiten geben, wenn auch in einem viel kleineren Maßstab als auf der Erde.

Schließlich für eine nicht-wissenschaftliche Sache. Es ist jedoch mein Lieblingsteil. Nichts sagt uns, wie sich der Glaube von Menschen aus einem solchen System entwickeln würde – aber sie haben eine schöne Umgebung, um großartige Mythologien zu erschaffen.

Ich glaube nicht, dass irgendjemand diese Frage beantworten kann, ohne eine detaillierte Modellierung protoplanetarer Kollisionen durchzuführen – mir ist nichts bekannt, was gemacht wurde, aber ich wäre nicht überrascht, wenn ich herausfinden würde, dass es so war.

Lassen Sie für den Moment die wirklich schwierige Frage beiseite, ob eine Kollision dazu führen könnte, dass zwei erdmassereiche Körper in einer Umlaufbahn umeinander kreisen. (Ich komme darauf zurück.)

Wäre das einmal gebildete System stabil? Sicher. Es gibt nichts Besonderes an einem echten Doppelplaneten, und solange sie nahe genug waren, um gebunden zu bleiben – 250.000 Meilen wären in Ordnung –, werden sie ungefähr so ​​​​stabil sein wie das bestehende Erde-Mond-System.

Würden sie gezeitengesperrt sein? Wahrscheinlich. Es hängt davon ab, wie dicht sie sich bilden und wie schnell sie sich dann drehen. Wenn sie sich relativ nahe bilden und nicht superschnell rotieren, besteht eine gute Chance, dass die Gezeitenkräfte, die sie auseinander treiben, sie zur Gezeitensperre treiben. Solange sie keine wirklich schnellen Rotatoren sind, gibt es nicht so viel Drehimpuls im System, dass sie die Gezeiten nicht blockieren könnten. (Aber das ist alles im Grunde physikalische Intuition. Wir müssten modellieren, um sicher zu sein.)

Könnten sie in der Lebenszone sein? Sicher. An dieser Region gibt es nichts Besonderes, und die große Anzahl von Supererden, die wir unter den Exoplaneten sehen, sagt uns, dass es wahrscheinlich genügend Masse in der bewohnbaren Zone gibt.

Geochemie mit Leben vereinbar? Auch hier könnten, soweit wir das beurteilen können, beide resultierenden Planeten erdähnlich sein. Der Mond ist eher nicht erdähnlich, weil er klein ist und alle seine flüchtigen Stoffe verloren hat, aber wenn er so massiv wie die Erde wäre, hätte er die meisten davon enthalten. Es gibt keine Garantie dafür, dass die Zwillingsplaneten genau wie die Erde sein würden, aber wahrscheinlich wären sie nah genug dran.

Das größte Problem ist, ob ein Planet mit Tagen, die 10-20 Erdtage lang sind (aufgrund der Gezeitensperre), ein wetter- / klimabeschränkendes Leben hätte. Meine Vermutung ist nein, denn das Leben ist wirklich gut darin, sich zu entwickeln, um in jede Nische zu passen, und die Ozeane wären sowieso in Ordnung.

Aber der Elefant im Raum ist, ob es wahrscheinlich ist, dass mehr als eine sehr, sehr seltene Kollision ungefähr gleich große Planeten hervorbringen würde. Meine physikalische Intuition sagt, dass es möglich ist, aber nicht sehr wahrscheinlich, aber dies ist etwas, das wirklich eine ordnungsgemäße numerische Modellierung von Kollisionen mit getesteten Codes erfordert.

Um ein stabiles 2-Körper-System als Produkt einer Kollision zwischen den Körpern A und B zu erreichen, gibt es folgende Optionen: 1 - Genügend Masse nach L1 oder L2 treiben, um den zweiten Planeten zu bilden. Luna entstand in halber Entfernung (obwohl er wiederum nur 1,2 % der Erdmasse hat). Um das Material, das Luna gemacht hat, doppelt so weit zu schieben (Gesetz des umgekehrten Quadrats), hätte 4x so viel Kraft benötigt. Dies ist problematisch, da Sie entweder die Masse beider Objekte verdoppeln müssten (was nicht die gewünschte Antwort ist) oder die Aufprallgeschwindigkeit verdoppeln müssten.

Meine heiße Interpretation der Kollision sieht so aus: Mittlere Geschwindigkeit der Erde: 30 km/s +/- 300 Meter/Sekunde aufgrund der Exzentrizität ihrer Umlaufbahn.

Theias theoretische Geschwindigkeit: muss ähnlich sein wie die 30 km/s der Erde. Die Geschwindigkeit des Mars beträgt 24 km/s und die der Venus 35 km/s. Wenn Theias Geschwindigkeit um 5-10 km / s von der Erde entfernt wäre, wäre sie nicht koorbital. Aber seine Geschwindigkeit beim Aufprall war wahrscheinlich nicht seine mittlere Geschwindigkeit.

Die aktuelle Umlaufbahn der Erde hat eine Exzentrizität von 0,0167086 und eine Neigung von 7 Grad zum Äquator von Sol. Dies muss das Produkt der Verschmelzung der Körperbahnen sein. Nehmen wir theoretisch an, Theia hätte eine höhere Exzentrizität (0,25) und die Erde eine niedrigere (0,05 oder weniger). An verschiedenen Punkten entlang der exzentrischen Umlaufbahn ändert sich die Geschwindigkeit erheblich. Hier sind einige mutmaßliche Szenarien:

am schlimmsten: Erde: 29,8 km/s Theia: 30,6 km/s Relative Aufprallgeschwindigkeit: 800 m/s Kraft = Masse * Beschleunigung (Newtons 2.) Jeder Körper ist einer Kraft von 800 * 3x10^24 oder 2.400 Septillionen Newtonmetern ausgesetzt . Das Äquivalent von 573 Billiarden Tonnen TNT

am besten: Erde: 30,2 km/s Theia: 30,3 km/s relative Geschwindigkeit beim Aufprall: 100 m/s oder weniger jeder Körper ist einer Kraft von 100 * 3*10^24 oder 300 Septillionen Newtonmetern ausgesetzt. Das Äquivalent von 71 Billiarden Tonnen TNT

Ein anderer Thread erstellte eine Methode, um abzuschätzen, wie viele Tonnen TNT oder ein anderes Energieäquivalent erforderlich wären, um den Mond zu zerstören. Um die Gravitationsbindungsenergie eines Körpers mit einer Masse von 3x10^24 kg zu überwinden, bräuchte man 6,006456e+33 Joule oder 1,43 Trilliarden Tonnen TNT. Wir können sehen, dass beide Fälle deutlich mehr Energie haben, als nötig wäre, um beide Planeten zu verflüssigen. Die Aufprallgeschwindigkeit war wahrscheinlich viel geringer (oder ich habe bei den Umrechnungen sicherlich ein paar Nullen falsch gesetzt), aber sie dient immer noch dazu, die groben Kräfte zu veranschaulichen, die am Werk sind.

Eine einfachere Lösung besteht darin, sich zu fragen, was passiert wäre, wenn die Körper A und B überhaupt nicht kollidiert wären und Theia eine stabile Position beim L4- oder L5-Trojaner der Erde beibehalten hätte.

Ein koorbitaler Körper könnte theoretisch in einer stabilen Position in der Erdebene bleiben, wenn er sich entweder im L4- oder im L5 -Lagrange-Punkt befände , die 60 Grad prograd und retrograd zur Erdposition innerhalb ihrer Orbitalebene um Sol liegen. In einem Jahr legt die Erde etwa 940 MKM zurück , also wären L4 und L5 jeweils etwa 156 MKM entfernt. Dies ist ein natürliches Phänomen, das häufig im Jupitersystem beobachtet wird. Die Erde hat sogar einen Trojaner in der L5-Lagrange-Position, TK7. Eine Einschränkung dieser Mechanik scheint zu sein, dass das trojanische Objekt ein Massenverhältnis von etwa 1/20 von dem seines koorbitalen Objekts haben muss, und wenn die Urerde und Theia ungefähr die gleiche Masse hätten, dann glaube ich nicht, dass sie dazu in der Lage wären in stabilen Trojaner-Umlaufbahnen zu bleiben, zumindest nicht auf unbestimmte Zeit.

Objekte, die die L1- und L2-Lagrange-Punkte besetzen (jeweils etwa 1 Million km von der Erde entfernt, was näher an der Situation des Erde-Luna-Systems wäre (Lunas mittlere Entfernung beträgt 385.000 km ). Das Massenverhältnis von Luna zur Erde funktioniert jedoch wie Dies:

Luna: 7,342 x 10^22 kg

Erde: 5,972 x 10^24 kg

Massenverhältnis von Luna zur Erde: ~ 1,2 : 100

Während eine der Annahmen hier ist, dass wir zwei Objekte mit einer Masse von 3 x 10^24 kg haben, ist das Verhältnis 1:1. Also kurze Antwort: Wenn es möglich ist, muss der koorbitale Körper entweder den L4- oder den L5-Punkt seiner Schwester bewohnen und hat nur sehr wenige Störkräfte. Aus dieser Entfernung wäre der Schwesterplanet mit bloßem Auge sichtbar, könnte aber mit einem Stern verwechselt werden.

• Meine Mathematik könnte falsch sein, wenn Sie einen Fehler entdecken, lassen Sie es mich bitte wissen. Prost