Wie würde es sich anfühlen, auf einer Rocheworld zu gehen?

Vor einiger Zeit sah ich dieses Video , in dem es um die Bewohnbarkeit von Doppelplaneten und Rocheworlds ging. Ich habe hier keine Fragen zu letzterem Fall gesehen, also habe ich beschlossen, es zu versuchen.

Für einige Hintergrundinformationen ist eine Rocheworld ein Doppelplanetensystem, das so nahe beieinander liegt, dass die beiden Planeten eine Atmosphäre teilen und begonnen haben, miteinander zu verschmelzen. Dies würde schließlich dazu führen, dass die beiden Planeten gewaltsam zu einem großen Planeten werden.

Hypothetisch könnte es möglich sein, über die Region, in der sie sich überschneiden, von einer der Planetenkomponenten zur anderen zu reisen. Ich denke, da dies zwei Planeten sind, die sich überlappen, könnte dies zu einigen interessanten Gravitationseffekten führen, die die Reise zwischen den beiden Seiten behindern könnten.

Wie würde eine Person die Schwerkraft spüren, wenn sie versuchte, von einem Teil einer Rocheworld zum anderen zu gehen?

(Wie in, würden sie ein starkes Ziehen von beiden Planeten spüren, wenn sie durch die überlappende Region gingen, oder würde es sich unanomal anfühlen?)

Es ist immer großartig, wenn jemand Isaac Arthur erwähnt.

Antworten (1)

Zunächst einmal sollte ich darauf hinweisen, dass die Planeten, damit diese Art von Anordnung auch nur annähernd stabil ist, gezeitenfest sein müssen, was bedeutet, dass sie sich nicht in Bezug zueinander drehen. Egal, wo Sie sich auf einem der beiden Planeten befinden, der andere wird immer denselben Platz am Himmel einnehmen (wenn sich der andere über dem Horizont befindet). Die Planeten werden sich auch sehr schnell umkreisen – höchstwahrscheinlich in der Größenordnung von Stunden – um zu verhindern, dass sie zusammenstoßen. Das bedeutet, dass die „Tage“ auf diesen Planeten auch sehr kurz sein werden – wiederum wahrscheinlich nur wenige Stunden lang.

Auf einem solchen Doppelplaneten herumzulaufen, würde sich ähnlich anfühlen wie auf jedem anderen Planeten, zumindest wenn man sich auf einen relativ kleinen Bereich beschränkt. Bis diese Anordnung stabil wird, haben sich die Planeten umgestaltet, sodass sie ziemlich länglich sind und ihre "Enden" aufeinander zeigen. Wenn Sie Berge und Kontinente und dergleichen ignorieren, scheint der Boden überall flach zu sein, genauso wie die Erdoberfläche flach erscheint, wenn Sie darauf stehen, obwohl es eigentlich eine Kugel ist. Technisch ausgedrückt wird die Oberfläche jedes Planeten ein (ungefähr) konstantes Gravitationspotential aufweisen .

Die Schwerkraft wird an den "Enden" der Planeten merklich schwächer sein als in der Mitte, aufgrund der Gezeitenkräfte, die jeder auf den anderen ausübt. Sie können sich das wie folgt vorstellen:

  • Wo der andere Planet direkt über Ihnen ist, scheint die Schwerkraft schwächer zu sein, weil der andere Planet Sie von der Oberfläche wegzieht. Nicht genug, um Sie von der Oberfläche abzuheben, aber Sie werden sich definitiv leichter fühlen.
  • Auf den gegenüberliegenden Enden der Planeten scheint die Schwerkraft schwächer zu sein, weil sich die Planeten umeinander drehen und die Zentrifugalkraft versucht, Sie wegzuschleudern. Das ist nicht ganz genau – es ist eher so, als würde der andere Planet aufgrund des umgekehrten quadratischen Gesetzes der Schwerkraft den Boden schneller von Ihren Füßen wegziehen als an Ihnen – aber es bringt Sie auf die richtige Idee.
  • In der Mitte der Planeten wird sich die Schwerkraft aus zwei Gründen stärker anfühlen: Erstens, weil Sie näher am Zentrum Ihres Planeten sind; und zweitens, weil der andere Planet Sie ebenfalls zum Boden zieht.

Ich sollte darauf hinweisen, dass diese Art von Anordnung, bei der zwei Planeten einander nahe genug umkreisen, dass sich ihre Atmosphären berühren, möglicherweise nicht einmal im Entferntesten möglich ist. Wenn ein Mond seinen Planeten zu nahe umkreist, wird er durch die Gezeitenkräfte auseinandergerissen. Auf der planetennäheren Seite wird das Material von der Mondoberfläche abgehoben, weil die Anziehungskraft des Planeten stärker ist als die des restlichen Mondes; und auf der gegenüberliegenden Seite wird Material durch die Zentrifugalkraft in den Weltraum geschleudert. Der Punkt, an dem dies geschieht, wird als Roche-Grenze des Mondes bezeichnet , und ich habe keine Ahnung, wie es gilt, wenn "Planet" und "Mond" dieselbe Größe haben.

Ich weiß auch nicht, welche Auswirkungen diese Anordnung auf die Atmosphären der Planeten haben würde. Sie wären zwischen den Planeten und an den "Enden" der Planeten sicherlich viel dicker als in der Mitte der Planeten (obwohl der Luftdruck auf der Oberfläche jedes Planeten überall ziemlich gleich sein sollte), aber soweit ich weiß, Die Zentrifugalkraft könnte alle Atmosphären in den Weltraum schleudern. Auch darauf solltest du achten.

Update mit Mathe

Die Formel für die Umlaufzeit, wenn die Massen beider Planeten berücksichtigt werden müssen, lautet wie folgt:

T = 2 π a 3 G ( M 1 + M 2 )
wo a ist die Entfernung zwischen den beiden Planeten und M 1 und M 2 sind ihre Masse.

Für zwei kugelförmige Erden, die gerade nahe genug umkreisen, dass sich ihre Atmosphären berühren, ergibt dies eine Umlaufzeit von zwei Stunden und 49 Minuten .

Wenn ich die Massen verfälsche, um zu versuchen, die Planeten als Ellipsoide mit einem Seitenverhältnis von 2: 1 zu emulieren, und 0,455 Erdradien dazwischen setze (siehe unten), erhalte ich eine Umlaufzeit von 7 Stunden, 40 Minuten . Ich denke, dies ist ungefähr die kürzeste Umlaufzeit, die Sie in einem System wie diesem erreichen können, wenn das System stabil sein soll.

Wie komme ich an diese Zahlen? Das Seitenverhältnis von 2:1 und die Radien von 0,455? Brunnen.

Auf der Roche-Limit-Seite sind zwei verschiedene Roche-Limits aufgeführt: eines für einen starren Satelliten und eines für einen flüssigen Satelliten. Die starre Grenze ist der Orbitalradius, bei dem lose gebundenes Material auf der Oberfläche des Satelliten (oder in Ihrem Fall auf der Oberfläche des Planeten) abgehoben und in den Weltraum geschleudert wird. Boden, Wasser und Luft zählen alle als „locker gebunden“, da es nichts gibt, was über die Schwerkraft des Planeten hinausgeht, was sie festhält, also sollte man das im Hinterkopf behalten.

Das Fluid-Roche-Limit erklärt, wie die Gezeitenkräfte den Satelliten verzerren und ihn anfälliger für ein Auseinanderreißen machen. Sie dient als gute Obergrenze dafür, wie nahe zwei Körper umkreisen können, ohne dass die Gefahr besteht, dass sie auseinandergerissen werden, obwohl in der Praxis viele Monde in unserem Sonnensystem gut innerhalb ihrer fließenden Roche-Grenzen umkreisen. Sie werden zum Teil durch Zugkräfte zusammengehalten. Sie bestehen aus Eis oder Stein, nicht aus Wasser. Ich bin mir jedoch ziemlich sicher, dass keiner dieser Monde eine Atmosphäre oder irgendein flüssigkeitsähnliches Innenleben hat, das es der Plattentektonik der Erde und anderen geologischen Aktivitäten ermöglicht, zu funktionieren. Wenn Sie erdähnliche Planeten wollen, müssen Sie sich strenger an diese Grenze halten.

Die Formel für eine flüssige Roche-Grenze auf dieser Wikipedia-Seite, die die meisten Dinge berücksichtigt (und zufällig auch die größte Obergrenze dafür angibt, wo die Planeten auseinanderzubrechen beginnen), lautet wie folgt:

d = 2.455 R ρ M ρ m 3

wo R ist der Längsachsenradius eines der Planeten, und ρ M und ρ m sind ihre Dichten. Ich bin mir nicht sicher, welcher Planet R soll der Radius von sein, aber wenn die Rocheworld-Planeten die gleiche Größe haben, sollte es keine Rolle spielen.

Dies sagt uns, dass der Abstand zwischen den Massenzentren der Planeten nicht weniger als das 2,455-fache ihres Längsachsenradius betragen kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Planeten ihre Atmosphäre verlieren oder vollständig auseinanderbrechen. Das bedeutet, dass, wenn sich die Planeten in einer stabilen Umlaufbahn befinden, zwischen ihnen mindestens 0,455 Längsachsenradien liegen. Wenn sie ungefähr so ​​groß sind wie die Erde, sind das etwa 3000 Kilometer. Es wird überhaupt keine nennenswerte Atmosphäre zwischen ihnen herrschen, geschweige denn genug, um ein Flugzeug von einem zum anderen zu fliegen.

Es ist auch erwähnenswert, dass ein flüssiger Satellit (oder eine erdähnliche, geologisch aktive Rocheworld) unter diesen Bedingungen kurz vor dem Aufbrechen ein Verhältnis von 1:1,95 zwischen seiner langen und kurzen Achse haben wird. Wenn die Gezeitenkräfte den Planeten weiter ausdehnen, werden sie die Gravitationskräfte überschreiten, die den Planeten zusammenhalten, und ihn zerfallen lassen. Ihre Planeten sollten also nicht länger sein. Beachten Sie auch, dass, wenn die Planeten so weit gestreckt sind, an ihren Enden fast keine Schwerkraft vorhanden ist. Möglicherweise müssen Sie sie etwas weiter auseinander und etwas weniger länglich halten, nur um ihre Atmosphäre in Schach zu halten.

Schöne ausführliche Antwort!
Die Anordnung funktioniert, da die Roche-Grenze je nach Masse und Dichte der Objekte variiert – zwei gleich große Objekte mit gleicher Dichte würden nur dann in Schwierigkeiten geraten, wenn sie sich berühren würden. Mein Verständnis ist, dass eine gemeinsame Atmosphäre in Schwierigkeiten geraten würde - die Ebene zwischen den beiden Welten befindet sich nicht in der Gravitationskontrolle von beiden, und daher würde die Atmosphäre um den Punkt herum ausbluten, an dem sich die Atmosphären berühren.
@LorenPechtel Sie wären in Gefahr, bevor sie sich berührten. Die Starrkörperberechnung bei gleicher Dichte der beiden Objekte beträgt 1,26 r. en.wikipedia.org/wiki/Roche_limit#Rigid-satellite_calculation Das auf eine Zwei-Körper-Berechnung anzuwenden, wird schwierig, aber ich denke, es ist wahrscheinlich, dass der Problembereich lange vor dem Berühren liegt. Diese 1,26 berücksichtigen nicht die Rotation, die ziemlich schnell wäre, oder die Gezeitendehnung, was signifikant wäre. Ich denke, Sie möchten ein absolutes Minimum eines vollen Radius zwischen den beiden Objekten, wahrscheinlich ein bisschen mehr.
Kleiner Punkt, aber wenn Sie sagen, die Objekte würden sich in der Größenordnung von Minuten umkreisen, ist das nicht wahr. Ein Objekt an der Erdoberfläche hätte eine Umlaufzeit von 1,41 Stunden. Das Space Shuttle ist ein paar Minuten länger als das, wenn es ein paar hundert Meilen hoch ist. Das ist ungefähr die maximale Periode der Rotationsgeschwindigkeit, denn dort beginnen die Dinge, vom Planeten wegzufliegen. Bei einer gewissen Entfernung zwischen den beiden Planeten rechnen Sie mit mindestens ein paar Stunden, um eine Umlaufbahn um den anderen abzuschließen. Minuten wären nicht möglich, es sei denn, Ihre Planeten wären super dicht wie weiße Zwerge.
@userLTK Gute Punkte; Ich hatte mich nicht darum gekümmert, die Berechnungen durchzuführen. Das muss ich mal machen. Anderthalb Stunden, wie bei der ISS, ist wahrscheinlich eine gute Schätzung für die Umlaufzeit. Während der andere Planet viel weiter entfernt umkreist als die ISS, was die Umlaufzeit verlängert, hat er auch viel mehr Masse, was die Umlaufzeit verkürzt. Ich bin mir nicht sicher, inwieweit sich diese beiden Effekte aufheben, aber es wird höchstwahrscheinlich immer noch im Bereich von einer Stunde bis zu einigen Stunden liegen.
Wie würde es sich anfühlen, auf einer Rocheworld zu gehen?
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