Was wären die strukturellen Auswirkungen einer oszillierenden Umlaufbahn auf einen Planeten?

Hinweis: Wenn Sie wissen möchten, wie man mit realer Physik eine oszillierende Umlaufbahn erstellt, können Sie sich diese Frage ansehen, die auf meine folgt . Meine Frage konzentriert sich auf die Folgen einer solchen Umlaufbahn.

Ein wellenförmiges Sternensystem

Ich habe ein Sternensystem mit ziemlich einzigartigen Eigenschaften. Wie dieses System entstanden ist, ist unbekannt, aber sein zentraler Körper – den wir der Einfachheit halber ein weißes Loch nennen – hat einzigartige physikalische Eigenschaften. Es gibt eine der Schwerkraft ähnliche Kraft ab, wirkt aber mit einer "höheren Ableitungsstärke" umgekehrt: Mit diesem mathematischen Wort Greuel meine ich, dass es über die Entfernung schneller abnimmt als die Schwerkraft. Mit anderen Worten, wenn du nah bist, wirst du weggestoßen, und wenn du weit weg bist, wirst du hineingezogen. Als Folge gibt es eine Kugel/einen Kreis, wo du dich in einem Zustand der Schwerelosigkeit befindest, wo die Schwerkraft dem Abstoßenden entgegenwirken. Später nennen wir diese Linie die neutrale Linie.

Um dieses weiße Loch herum steht ein tellurischer Planet, der dem Mars in Bezug auf Zusammensetzung und Orbitaleigenschaften ziemlich ähnlich ist, mit einer Ausnahme. Aufgrund einer noch zu verstehenden Weltraumgeschichte kreuzt seine Umlaufbahn das 8-fache der neutralen Linie, da es mit entgegengesetzten Kräften von und zur Zugzone oszilliert. Es bildet eine hübsche sternförmige Form, wie Sie in dem Spielzeugmodell sehen können, das ich 1 unten gemacht habe:

Die Umlaufbahn des Planeten auf meinem Modell, die eine sternähnliche Form bildet

Die Umlaufbahn des roten Planeten bildet eine sternähnliche Form um den weißen sternähnlichen Körper.

Mein Problem

Dieses Modell hilft mir jedoch nicht, die Tatsache zu lösen, dass Planeten viel zusätzliche Komplexität haben, insbesondere in Bezug auf ihre Struktur. Sie sind nicht „steinhart“ wie Pétanque-Kugeln (oder Bowlingkugeln, wenn Sie sich besser an sie gewöhnt haben).

Was kann ich also von der Struktur eines solchen Planeten im Vergleich zum Mars erwarten? Hier frage ich:

  • Seine allgemeine Form? Ein Oval, ein Pfannkuchen (lecker!), genau wie Mars, was anderes?
  • Würde es im Laufe der Zeit sichtbare Strukturveränderungen an seiner Oberfläche geben, wenn man sie von einem anderen Planeten aus betrachtet? Wie Anzeichen von sehr starkem Druck, der zu Rissen, vulkanischer und seismischer Aktivität führt?
  • Und würde es im Rahmen eines Realitätschecks durch solche Schwingungen strukturell zu Staub zerfallen?

Bekannte Daten aus dem Modell

Hier sind einige Daten, die ich von meinem Modell gesammelt habe und die meiner Meinung nach nützlich sein könnten, um das Ding zu verstehen. Obwohl ... Denken Sie daran, dass es sich um ein Spielzeugmodell mit viel, viel kleineren Daten handelt (wir sprechen in km, nicht in AUs)! Daher kann ich vernünftigerweise nur relative Unterschiede angeben, und es kann große Unterschiede geben, die mir nicht bekannt sind!

  • Die Geschwindigkeit des Objekts ändert sich im Laufe der Zeit . In meinem Modell reicht es von 1 bis 2 Geschwindigkeitseinheiten, ziemlich viel, wenn ich es wage zu sagen. Wie Sie auf dem Bild sehen können, nimmt die Geschwindigkeit zu, wenn sich das Objekt dem weißen Loch nähert, und langsamer, wenn es weiter entfernt wird.
  • Die Kraft ändert sich auch mit der Zeit . Für 1 N Gesamtzugkraft bekomme ich am weitesten Abstand, ich bekomme 1,6 N Rückstoßkraft am nächsten.
  • Was die Entfernung betrifft, so reicht die Entfernung des Planeten zum Weißen Loch von etwa 80 bis etwa 140 % der Entfernung der neutralen Linie . Wir gehen davon aus, dass der Abstand zwischen neutraler Linie und weißem Loch dem des Mars entspricht, sodass Ihre Umlaufbahn zwischen 80 % und 140 % der Umlaufbahn des Mars beträgt.
  • Für die Zeit, na ja ... Mein Modell geht über das Brett und eine Schleife zu machen dauert weniger als 15 Minuten, also :D ... Wir nehmen das mit, um eine volle Periode zu machen, es ist das gleiche wie beim Mars. Die Sache hier ist, dass, weil es entlang der neutralen Linie oszilliert, ich bezweifle, dass das dritte Kepler-Gesetz zur Berechnung der Umlaufzeiten hier gilt. Tatsächlich erhalten Sie durch Anpassen der senkrechten Anfangsgeschwindigkeit unterschiedliche Schleifenzeiten, wie Sie unten sehen können:

Ein Rennen nebeneinander zwischen zwei Planeten mit unterschiedlicher Anfangsgeschwindigkeit.

Ein Rennen nebeneinander zwischen zwei Planeten mit unterschiedlicher Anfangsgeschwindigkeit. Der gelbe Planet hat die Hälfte der anfänglichen senkrechten Geschwindigkeit des roten und braucht viel mehr Zeit, um sich zu bewegen

Andere Daten

Abgesehen von den Ergebnissen des Modells sollten Sie wissen, dass das Weiße Loch, abgesehen von seinen sich ändernden physikalischen Eigenschaften, sich in Bezug auf die Schwerkraft und in Bezug auf die Energieemission wie die Sonne verhält. Wenn Sie zufällig etwas vermissen, betrachten Sie es als angemessen auf dem Mars oder der Sonne ... Angemessen.

Welchen strukturellen Auswirkungen würde ein Planet daher ausgesetzt sein, wenn er eine oszillierende Umlaufbahn hätte?

1 : Hier ist die Modellformel, deren Ergebnis positiv ist, wenn das Objekt vom weißen Loch angezogen wird, und abgestoßen, wenn es negativ ist. Ich habe hauptsächlich als Skizze verwendet, aber wenn Sie es brauchen :) :

F = − A M H M Ö D H Ö 2.5 + G M H M Ö D H Ö 2

Dabei ist F die ausgeübte Kraft, m h die Masse des Lochs und m o die Masse des abgestoßenen Objekts, d ho der Abstand zwischen dem Loch und dem Objekt, G die Gravitationskonstante und A eine weitere "praktische" Konstante, um die Dinge auszugleichen. Es ist mir egal, was sich im Weißen Loch befindet, und ich wollte keine allgemeinen Relativitätsberechnungen durchführen, daher ist das unbestimmte Ergebnis von d ho = 0 irrelevant. Gleiches gilt für die eigene Bewegung des Weißen Lochs, auf die ich verzichtet habe, da sie nicht wirklich signifikant ist.

Wirkt die Schwerkraft auf dem Planeten wie die Schwerkraft des Zentralkörpers?
@JustinThymetheSecond Nein, in dieser Hinsicht verhält es sich wie ein normaler tellurischer Planet, es wird keine umgekehrte Kraft auf sich selbst oder entfernte Körper ausgeübt
Wirkt also die „abstoßende“ Kraft des Zentralkörpers innerhalb der neutralen Linie auf die Schwerkraft, die Masse oder einen anderen Faktor des Planeten? Es ist wichtig zu wissen, auf welches spezifische „Ding“ die Abstoßungskraft einwirkt, um ihre Auswirkungen vorherzusagen.
Vorschlag: Wenn es auf die Schwerkraft einwirkt, könnte man dann die Hypothese aufstellen, dass sich die "Polarität" der Schwerkraft vom Zentralkörper an der neutralen Linie "umkehrt"?
@JustinThymetheSecond Gute Punkte, ich bin nicht viel von der Newtonschen Physik abgewichen, um nicht zu viele Inkonsistenzen zu erzeugen, obwohl ich versuchen werde, das zu tun, was Sie vorschlagen. In dem Zustand, in dem ich mich gerade befinde, wirkt die umgekehrte Schwerkraft auf die Masse, anstatt ein direkter Koeffizient der Schwerkraft zu sein. Wenn es hilft, wissen Sie, dass Sie die aktuelle Formel in den Fußnoten haben, wo Sie sehen werden, dass ich im Grunde die Schwerkraft und die Antigravitationskräfte addiere.
Ich habe vor einiger Zeit etwas gerechnet, um Umlaufbahnen wie diese zu beschreiben: worldbuilding.stackexchange.com/q/178900/62241
Da Sie die Variable d(sub-ho) haben, haben Sie eine Vorstellung davon, wie nah und wie weit dieser Planet vom Zentrum entfernt ist. Dies würde anzeigen, wie sich die abgestrahlte Energie vom Zentrum ändern würde. Wenn es zu extrem ist, gehen wir etwa viermal im Zyklus vom Mars zur Venus. Dies ist mehr als nur eine saisonale Abweichung von der Planetenrotation.
Ich wünschte, diese Frage würde fragen, wie eine oszillierende Umlaufbahn wie diese möglich sein könnte.
@Willk Ich sehe nur 2 Möglichkeiten (in der realen Welt): Der Planet befindet sich auf einer angetriebenen Flugbahn oder; Es gibt eine Reihe endloser Ströme von störenden Körpern, die den Planeten auf speziellen Vorbeiflugbahnen passieren und ständig seine Umlaufbahn ändern.
Wie werden diese magischen Bilder hergestellt, welche Art von Magie wurde für ihre Erstellung verwendet, offtopic, aber Kuriositäten, die Informationen verdienen es vielleicht sogar, im q selbst zu stehen.
@MolbOrg Unity 3D-Engine mit zwei Kugeln, wobei der Planet einen Starrkörper und ein C # -Skript verwendet, das die obige Formel verwendet, um Kräfte hinzuzufügen. Der Pfad ist nur eine bereits erstellte Einheitskomponente, die ich angepasst habe.
Danke, ja, das Trail-Ding ist der süße Teil, lol. Ich dachte eines Tages daran, eines für das Massentreiber-Startsystem auf dem Mond zu bauen, um Flugbahnen zu visualisieren, aber dieses Spurproblem ruinierte die Idee, lol

Antworten (3)

Es ist nicht die Sonne, die du fürchten solltest, es ist alles andere um sie herum

Isoliert wäre Ihr Planet praktisch identisch mit dem Mars, vorausgesetzt, es wurde ihm überhaupt erlaubt, sich zu bilden und abzukühlen. Da Sie sich in der Nähe des Bodens des Gravitationspotentials befinden, wären die Gezeitenkräfte wahrscheinlich viel schwächer als auf dem Mars, daher könnte es durchaus etwas runder und weniger "gemischt" sein.

Sie vergessen vielleicht, dass kreisförmige Bahnen immer noch möglich (und energetisch günstig) sind - Sie können die Zentripetalkraft einstellen

F = M R ( 2 π T ) 2 = G M [ M R 2 − A R 2.5 ]

Wo M ist die Masse des Planeten, M ist die regelmäßige Masse des weißen Lochs, A ist die "Antimasse" des weißen Lochs, T ist Umlaufzeit und R ist der Gleichgewichtsradius.

Der hauptsächliche physikalische Unterschied zwischen diesem System und der Realität besteht darin, dass Sie die Standardbeziehung zwischen Drehimpuls und Bahnradius gestört haben – es gibt jetzt einen einzigartigen, „magischen“ Radius, bei dem die potentielle Energie der Gravitation minimiert wird. Basierend auf der Thermodynamik würde ich erwarten, dass der gesamte Müll des Systems irgendwann dort landet, alle in verschiedenen oszillierenden Umlaufbahnen. Die andere bemerkenswerte Sache ist, dass jede Umlaufzeit bei ungefähr demselben Radius möglich ist - wir haben tatsächlich nicht genug Informationen, um zu sagen, was T auf der Anzahl der Wackeln basiert. Tatsächlich ist die andere erschreckende Möglichkeit eine stationäre, stabile Umlaufbahn, auf der der Planet einfach sitzt R 0 = ( A / M ) 2 , wo die Gravitationskraft null ist.

Dies ist eine ganz andere Situation als bei unserer Sonne, wo jede Umlaufbahn im Grunde gleich ist (nur wärmer/kälter). Stellen Sie sich vor, Ihr System wäre mit einer Ursuppe aus Gas und Gestein gefüllt – schließlich würde die Reibung diese Suppe zu einem dünnen Ring um die Sonne komprimieren, der leicht hinter der neutralen Linie zentriert ist. Innerhalb dieses Rings würden sich schnell große Planeten bilden, möglicherweise auf einer verrückten, wackeligen Flugbahn. In einem solchen Szenario wären Kollisionen an der Tagesordnung – Ihr Mars wäre mit Kratern übersät, wahrscheinlich geschmolzen und möglicherweise in einem Gasriesen. Es hängt davon ab, wie weit die Realitätsprüfung gehen soll, aber die Bildung eines solchen Systems wäre sehr seltsam.

Der Planet ist nur ein Planet.

Es teilt nicht die seltsame Schwerkraft des Sterns.

Die Kräfte des Sterns auf dem Planeten sind ziemlich schwach, genauso wie die Schwerkraft. Sie beeinflussen also die Bahn des Planeten als Ganzes, haben aber fast vernachlässigbare Auswirkungen auf den Planeten selbst. Das volle Ausmaß der lokalen Auswirkungen wird … Gezeiten sein. Höhere Gezeiten, wenn der Planet näher am Stern ist, geringere, wenn er weiter entfernt ist. Sowohl die Schwerkraft als auch die Abstoßung machen die Gezeiten aus, alles, was zählt, ist das Gleichgewicht, die Richtung und der Gradient der resultierenden Kräfte. Ich glaube, dass die Gravitationsflut auf den Stern zeigen wird, wie es unsere Gezeiten tun, aber die Abstoßungsfluten werden 90 Grad radial zu diesen sein. Das Ergebnis kann ein interessantes Schwappen sein.

Berechnen Sie einfach die Oszillationsperiode zwischen dem nächsten und dem entferntesten für den Planeten. Dies sind seine Jahreszeiten. Sommer, wenn der Planet näher am Stern ist, Winter, wenn er weiter entfernt ist.
Der Zyklus um den Stern ist für Astronomen interessant, und nicht viel mehr. Es wird weder das Wetter noch das Klima oder das tägliche Leben auf dem Planeten beeinflussen, sondern nur die malerische Aussicht auf die Sternenumgebung.

Zusammenfassung:

Wenn der Planet eine "normale" Tageslänge hat und stark genug ist, um nicht unter seiner eigenen Rotation auseinander zu fliegen, dann wird es eine langweilige alte abgeplattete Sphäre sein.

Auswirkungen erster Ordnung auf die Planetenform: keine

Angenommen, das modifizierte Gravitationsgesetz gilt in gleicher Weise für alle konstituierenden Atome des Planeten, dann gehorcht Ihr neues Kraftgesetz dem Äquivalenzprinzip. Mit anderen Worten, da der Planet unter dieser Gravitationskraft "frei fällt", entspricht die Physik in seiner Nachbarschaft völlig derjenigen, wenn der Planet im tiefen Weltraum ohne jegliche Schwerkraft isoliert wäre. Und wenn sich der Planet im Weltraum befände, würde er sich unter seiner eigenen Schwerkraft zu einer ungefähr kugelförmigen Form zusammenballen, möglicherweise mit einer kleinen Abflachung aufgrund seiner Rotation.

Auswirkungen zweiter Ordnung auf die Planetenform: unterschiedliche Gezeitenkräfte

Natürlich gibt es kleine Auswirkungen, die die Sonne auf die Form der Erde hat. Die der Sonne zugewandte Seite der Erde wird etwas mehr Gravitationskraft spüren als die der Sonne abgewandte Seite der Erde, da sie näher an der Sonne liegt und die Gravitationskraft mit der Entfernung abnimmt. Die Differenz zwischen diesen Kräften ergibt ungefähr die Gezeitenkraft

F Gezeiten ≈ R D F grav D ( D H Ö )
Wo R ist die physische Größe des Planeten. In Ihrem Fall wird dies in etwa funktionieren
F Gezeiten ≈ R [ 2.5 A M H M Ö D H Ö 3.5 − 2 G M H M Ö D H Ö 3 ]

Im Prinzip könnte man berechnen, wie groß diese Kräfte sind. Ich würde jedoch erwarten, dass sie relativ wirkungslos sind, solange sich Ihr Planet dreht. Solange sich Ihr Planet dreht, werden die Belastungen der Planetenkruste aufgrund seiner Rotation mit ziemlicher Sicherheit größer sein als die Belastungen aufgrund der Gezeitenkräfte. Zum Vergleich: Die durch die Sonne verursachten Gezeitenkräfte auf dem Mars führen zu einer relativen Beschleunigung von ca 10 − 14  MS 2 ; aber die Zentripetalbeschleunigung aufgrund seiner Rotation ist etwa 10 − 2  MS 2 entlang des Äquators. Die Berechnungen für Ihren Planeten werden, wie ich erwarte, zu ähnlichen Ergebnissen führen.

Solange die Struktur Ihres Planeten stark genug ist, um aufgrund seiner eigenen Rotation nicht auseinanderzufliegen, und der Planet weit genug vom Loch entfernt bleibt, sollte er in der Lage sein, die Gezeiteneffekte zu bewältigen. Auch wenn sie aufgrund der unterschiedlichen Entfernung des Planeten vom Loch zeitvariabel sind, sind sie so unglaublich klein, dass sie seine strukturelle Integrität nicht gefährden sollten.

Was wären die strukturellen Auswirkungen einer oszillierenden Umlaufbahn auf einen Planeten?
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