Können Planetenkörper eine zweite Rotationsachse haben?

Kann ein Planetenkörper eine sekundäre Rotationsachse haben? Nehmen wir zum Beispiel an, es gibt einen erdähnlichen Körper, der sich dreht, wobei sein Nordpol der Sonne zugewandt ist. Stellen Sie sich vor, dass der Nordpol immer der Sonne zugewandt ist, in einer etwas gezeitenabhängigen Position. Ist das überhaupt möglich? Ist es möglich, dass sich die tatsächliche Rotationsachse im Laufe der Zeit vorhersagbar und stabil ändert?

Mir ist bewusst, dass die axiale Neigung mit der Zeit variieren und oszillieren kann. Ich denke, was ich frage, ist, ist es möglich, dass die axiale Neigung selbst an einen anderen astronomischen Körper gebunden ist? Ist es möglich, dass sich die axiale Neigung unabhängig von Störungen durch andere Körper um ihre eigene Achse dreht?

Gute Antworten geben mir ein Ja oder Nein und Beispiele für mögliche Himmelskörper, die dieses Merkmal bereits aufweisen. Stellen Sie Links oder Bilder für Bonuspunkte bereit.

Die Beziehung zum Worldbuilding besteht darin, dass ich in meiner Geschichte versuche, den Hauptplaneten tatsächlich zum Mond eines großen Gasriesen zu machen, der dennoch bewohnbar ist, Jahreszeiten hat und äquatoriale und polare Temperaturunterschiede aufweist. Meine ursprüngliche Idee war, den Lagrange-Punkt L1 des Gasriesen so zu verwenden, dass er einen ziemlich konstanten Abstand zur Sonne einhält, aber dieser Punkt kann nicht auf natürliche Weise stabilisiert werden. ( Siehe meine vorherige Frage hier )

BEARBEITEN: Können magnetische Kräfte, die stärker als die Gravitation sind, dazu führen, dass ein Pol immer der gleichen Seite zugewandt ist? Schließlich zeigt ein Kompass immer zum Nordpol, warum kann der Nordpol also nicht immer auf eine Sonne oder einen Planeten mit einem hohen Metallgehalt zeigen?

Ein frei rotierender Festkörper hat zu jedem Zeitpunkt nur eine Rotationsachse. Das ist elementare Mechanik. Die Rotationsachse kann selbst rotieren (= Präzession ) oder oszillieren (= Nutation ). Außerdem neigt ein rotierender Körper dazu, heftig auf Versuche zu reagieren, seine Rotationsachse zu ändern (= Kreiseleffekt ).
@overlord Was ist der gewünschte Effekt, den Sie erreichen möchten?
@overlord Sie scheinen hier eine reine Physikfrage zu stellen, obwohl wir die Wissenschaften mögen, ziehen wir es vor, dass Sie einen Weltbildungskontext bereitstellen.
Der Rotationssatz von Euler scheint hier relevant zu sein.
Wie andere gesagt haben, kann ein Objekt nicht mehrere Rotationsachsen haben, aber Ihrer Frage nach scheint das nicht das zu sein, worüber Sie sich wirklich wundern - es hört sich so an, als würden Sie fragen, ob Sie einen rotierenden Planeten haben können um eine einzelne Achse und währenddessen dreht sich die Achse selbst so, dass einer der Rotationspole immer der Sonne zugewandt ist (also die Achse parallel zur Linie von Sonne zu Planet ist). Wenn Sie das fragen, sollten Sie Ihre Frage so bearbeiten, dass sie nicht mehr von einer "zweiten Rotationsachse" spricht, da dies keine korrekte Beschreibung der Situation in der Physik ist.
Wie von anderen angemerkt, kann es in 3D nur eine Rotationsachse geben. In 4D können es zwei sein. Aber die Konsequenz ist tatsächlich sehr interessant - es ist genau so, weil es in 3D nur 1 Rotationsachse geben kann ... unser Universum existiert. Sonst würde das Urgas niemals Galaxien / Sterne / Planeten bilden. Das 4D-Universum ist eine leblose Leere aus Wundergas und verstreuten Partikeln.
Hat nichts mit einer zweiten Rotationsachse zu tun, aber wenn Sie ein Beispiel für einen Planeten mit einer unkonventionellen Neigung seiner Rotationsachse suchen, schauen Sie sich Uranus an . Seine Achse befindet sich (fast) in der Umlaufbahnebene, was zu allen möglichen nicht intuitiven Tages- / Jahreszeit- / Jahresdauern führt. Cooles Bild dazu
@Hoki Aber es ist nicht gezeitengesperrt, oder? Manchmal zeigt der Pol zur Sonne, in der nächsten Jahreszeit ist er orthogonal.
Ich denke, Sie fragen nicht nach einer "2. Rotationsachse", sondern nach einer Präzessionsachse.
Der Planet kann die Art von Manöver, die Sie wollen, nicht ausführen; Die Kräfte, die beim Versuch, die Achse ausreichend zu ändern, damit sie immer auf die Sonne gerichtet ist, beteiligt sind, würden der planetarischen Umgebung sehr schlechte Dinge antun. Sie sprechen über das Äquivalent von krustenschmelzenden Energieniveaus.
@Barmar, nein. Es ist nicht gezeitengesperrt. Es war nicht die Frage des OP, nur ein weiteres Beispiel für eine "nicht so konventionelle" Planetenkonfiguration.
Können magnetische Kräfte, die stärker sind als die Gravitation, dazu führen, dass ein Pol immer der gleichen Seite zugewandt ist? Schließlich zeigt ein Kompass immer zum Nordpol, warum kann der Nordpol also nicht immer auf eine Sonne oder einen Planeten mit einem hohen Metallgehalt zeigen?
Die magnetischen Kräfte von @overlord sind auf verschiedene wichtige Arten begrenzt, nicht zuletzt dadurch, dass das Feld um einen Dipol proportional zum umgekehrten Würfel der Entfernung abfällt. Auch die Magnetfeldstärken von Sternen und Planeten sind im Vergleich zu ihren Gravitationsfeldstärken fast immer recht klein.
(und jetzt habe ich es weiter gelesen, es sieht so aus, als ob die magnetische Kraft zwischen zwei Dipolen, wie Sie sie zwischen einem Stern und einem Planeten finden würden, umgekehrt proportional zur vierten Potenz ihrer Trennung ist.)

Antworten (3)

Ja, das kann es, aber nicht in unserem 3D-Universum (aber das wird sowieso nicht als harte Wissenschaft bezeichnet).

Es ist vielleicht besser, sich Rotation als „in einer Ebene“ vorzustellen, anstatt „um eine Achse“. Die Rotationsebene hat zwei Dimensionen - Sie können keine weitere unabhängige Rotationsebene in unseren dreidimensionalen Raum einfügen, Ihnen fehlt eine zusätzliche Dimension.

In einem 4D-Raum können Sie jedoch zwei unabhängige Rotationsebenen haben und somit zwei Rotationsachsen (dies sind 2D-Ebenen, keine 1D-Linien), die sich in einem Punkt schneiden.

Ich habe dieselbe Frage auf dem Physikstapel gestellt. Die Antwort ist, dass ein Körper nur eine Rotationsachse haben kann . Unten eingefügt ist der Link zu der Frage und der Antwort, die ich ausgewählt habe.

https://physics.stackexchange.com/questions/322200/how-many-different-axes-of-rotation-can-coexist

F: Ich habe Fragen zur Rotation.

Es gibt eine Kugel im Raum. Ich kann eine Kraft anwenden, um die Kugel um eine Mittelachse zu drehen. Es können unendlich viele mögliche Mittelachsen gezeichnet werden.

Kann ich eine Kraft und dann eine andere Kraft anwenden, sodass sich die Kugel gleichzeitig um 2 verschiedene Mittelachsen dreht? Ich denke ja....

A: Nein, das ist nicht der Fall. Jeder starre Körper kann sich zu jedem Zeitpunkt nur um eine augenblickliche Drehachse drehen. Wenn Sie zusätzliche Drehmomente anwenden, kann sich diese Achse verschieben, aber mehr als eine Drehachse gibt es nicht.

Nun, das heißt, wenn der Körper asymmetrisch ist, wie zum Beispiel eine Holzplatte, dann können Sie daran denken, ihn schnell um seine Längsachse und dann langsamer um eine dazu orthogonale Achse zu drehen, aber selbst dann ist das eine Illusion: Zu jedem Zeitpunkt dreht sich der Block augenblicklich um eine einzige Achse, mit der merkwürdigen Eigenschaft, dass diese Achse ihre Position sowohl in Bezug auf den Körper als auch auf den Trägheitsrahmen des Labors ändert.

Emilio fährt fort mit den Formeln hinter dem Drehimpuls und einigen Beispielen. Stimme seiner Antwort zu!

Der Anschein kann jedoch darauf hindeuten , dass die Drehung um zwei Achsen erfolgt, wenn dem Körper eine gewisse Symmetrie fehlt, z. B. wenn er wie ein Kartenspiel oder ein Tennisschläger geformt ist. Tennisschlägersatz oder Zwischenachsensatz . Wenn einem solchen Objekt ein Winkelimpuls um die Zwischenachse gegeben wird, taumelt der Körper sowohl um die erste als auch um die dritte Hauptachse. Warum Ihr Physics.stackexchange-Link dies nur in einem einzigen Kommentar erwähnt, ist überraschend.
Wäre besser gewesen, dies im Astronomie-Forum zu fragen, weil sie wahrscheinlich die wichtigen Ausnahmen bemerkt hätten: 1) Die meisten astronomischen Körper sind keine starren Kugeln (Sterne, Gasriesenplaneten, Schwarze Löcher) und 2) Äußere Kräfte, wie Satelliten, andere Planeten, Sterne usw. können Sekundärrotationen (wie die der Erde) induzieren. In einigen Fällen können diese Sekundärrotationen ziemlich extrem sein (aber wahrscheinlich nicht auf einem bewohnbaren Planeten).
@PieterGeerkens Ich bin mir nicht sicher, worauf Sie hinauswollen - der Zwischenachsensatz besagt nur, dass Drehungen um eine Achse mit mittlerem Trägheitsmoment instabil sind. Unabhängig davon kann die Drehung eines starren Körpers im dreidimensionalen Raum nur um eine Achse erfolgen. Die Achse kann sich mit der Zeit ändern, aber die Tatsache, dass es zu einem bestimmten Zeitpunkt nur eine gibt, hat nichts mit dem Zwischenachsen-Theorem oder wirklich Mechanik zu tun – es ist so ziemlich reine Mathematik. Insbesondere heißt es, dass jedes Nicht-Identitätselement von SO (3) einen eindimensionalen Eigenraum mit dem Eigenwert 1 hat.
@elduderino: Und für einen Beobachter scheint sich das Objekt aufgrund der Rotationsinstabilität für viele Zwecke um zwei Achsen zu drehen. Laienbeobachter interessieren sich für den Schein, nicht für mathematische Theorien. Probieren Sie es selbst mit einem Spielkartenspiel aus - es sieht wirklich skurril aus.
@PieterGeerkens Ah, ich verstehe, wovon du sprichst - ich war nur verwirrt, weil ich die von WillK zitierte Antwort anscheinend darauf anspreche, also hatte ich angenommen, dass du über etwas anderes sprichst. Aber ich sehe, wie ein Laie "sich ändernde Rotationsachse" mit "mehreren Rotationsachsen" in Verbindung bringen könnte, was meiner Meinung nach etwas ist, dem das OP wahrscheinlich zum Opfer gefallen ist, als es diese Frage überhaupt gestellt hat.

Ja, kann es. Und die Erde (und jeder Planet) hat! Und sogar 2 weitere "Achsen", nicht nur eine

Es gibt solche Phänomene, die " Präzession " und " Nutation " genannt werden.

Es gibt nur eine Rotationsachse. Bei Präzession und Nutation geht es darum, wie sich diese Achse als Reaktion auf äußere Kräfte im Laufe der Zeit ändert. Da das OP jedoch nicht wirklich nach zwei Drehachsen ist, ist Ihre Antwort relevant.
Ein Uranus-ähnlicher Planet mit einer Rotationsachse, die ungefähr parallel zur Ebene des Sternensystems verläuft, könnte vielleicht eine Präzession erfahren, die extrem genug ist, um die Achse auf den Stern gerichtet zu halten. Dies wäre keine "Gezeitenverriegelung", sondern zufällig, und jede Störung würde leicht dazu führen, dass dies divergiert. Die Präzession wird durch die gravitativen Gezeitenkräfte des Mondes (der Monde) und des Sterns verursacht, die ein Drehmoment auf den Äquator eines abgeflachten Sphäroids ausüben. Es müssten massive Gezeitenkräfte vorhanden sein und/oder die Jahreslänge des Planeten müsste sehr lang sein.
Eine gute Bonusfrage wäre, wie schnell Präzession und Nutation auftreten können.
Bei externem Impuls (wie bei der Kreiselstabilisierung) kann die Präzession abhängig von diesem Impuls bei jeder Geschwindigkeit auftreten (sogar größer als die Rotationsgeschwindigkeit). Im Fall von Sternkörpern stammt dieser Impuls von Gravitationskräften von Monden und anderen Planeten und ist typischerweise etwa tausend- bis milliardenfach geringer als die Winkelgeschwindigkeit. Aber für künstliche Spezialfälle (wie ein Zwillingsplanetensystem) kann es hundertmal weniger als die Winkelgeschwindigkeit sein, dh etwa ein Jahr. Nutationen sind viel schneller, haben aber viel kleinere Amplituden
@Benjamin Das hängt vom Verhältnis der Rotationsträgheit des Körpers zum Drehmoment ab, das die Präzession / Nutation verursacht. Satellitenumlaufbahnen, die im Vergleich zu dem von Sonne und Mond auf sie ausgeübten Drehmoment eine geringe Rotationsträgheit aufweisen, können schnell genug präzedieren, um sonnensynchron zu sein: Eine volle Präzession pro Jahr, wodurch die Umlaufbahn relativ zur Erde gleich bleibt und Sonne. (Sehr nützlich, um einen niedrig umlaufenden Satelliten im ewigen Sonnenlicht zu platzieren!) Bei fast kugelförmigen Körpern wie Planeten ist das Drehmoment / Rotationsträgheitsverhältnis jedoch viel, viel schlechter.
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