Что я имею в виду, создавая землеподобный мир с ДВУМЯ лунами?

Вероятно, две луны, подобные Луне, не могут существовать вокруг планеты, похожей на Землю. На это есть две основные причины: формирование и орбитальная динамика.

Есть два основных способа формирования лун. Первый похож на то, как формируются сами планеты. Когда Солнечная система была молода, материал, из которого впоследствии образовались планеты, представлял собой огромный диск из газа и пыли. Эти маленькие частицы со временем сближались, образуя небольшие камни, которые постепенно срастались в отдельные полосы. По мере того, как эти полосы сливались, они образовывали все большие и большие тела, в конечном итоге становясь планетами. Меньшие планеты «подметают» остатки газа и пыли, которые остаются вблизи их орбит, но для самых больших планет, таких как Юпитер, остается достаточно материала, чтобы пройти тот же процесс и сформировать новые скалистые тела .

Второй способ появления лун — захват. Астероиды и другой небольшой материал, проходящий рядом с планетой, может попасть в ее гравитационный колодец и попасть на стабильную орбиту. Возможно, именно так появились луны Марса ; это также общее происхождение для маленьких спутников газовых гигантов.

Однако ни одно из этих объяснений не подходит для земной Луны; между прочим, он слишком велик. Ведущей гипотезой формирования Луны является гипотеза гигантского удара., что предполагает столкновение между меньшей Землей и телом, подобным Марсу. Это приведет к тому, что меньшее тело и большая часть Земли превратятся в жидкость, а образовавшаяся магма либо упадет обратно на Землю, либо останется на орбите. Со временем остатки на орбите слились в луну. (Хотя сама гипотеза хорошо подтверждается, точные детали столкновения и более поздних стадий являются предметом множества предположений и моделирования.) Мне не ясно, возможно ли, чтобы облако обломков навсегда превратилось в две отдельные луны. , но это кажется маловероятным; из-за их орбитальных характеристик они были бы слишком близко друг к другу и имели бы тенденцию сливаться вместе.

Если бы планета, похожая на Землю , имела две большие луны, ей было бы трудно их сохранить. Большие вращающиеся тела будут иметь тенденцию мешать орбитам друг друга, что обычно приводит к тому, что одно из них отталкивается слишком далеко от планеты (и убегает с орбиты) или слишком близко (и распадается). Это также предотвратит их приливную привязку к Земле, что требует относительно стабильной орбиты в течение довольно длительного периода времени. Стабильная орбита, включающая три тела одинакового размера, такие как Земля и две Луноподобные луны, чрезвычайновряд ли; в сочетании с проблемами формирования это означает, что он почти наверняка будет искусственного происхождения. Во многих научно-фантастических историях планеты и луны превращаются в искусственные орбиты достаточно развитыми инопланетянами из практических или эстетических соображений или просто так.

С точки зрения земных приливов, последствия было бы трудно предсказать; это во многом зависит от конкретных орбит лун. Если они имеют одинаковый период обращения и находятся в одной и той же части неба, их влияние на приливы суммируется, и вам придется иметь дело с гораздо более сильными приливами. (Кроме того, они, вероятно, в конечном итоге столкнутся друг с другом.) В более вероятном случае, когда их периоды обращения и/или наклонения различаются, вы получите частичную интерференционную картину; Подобно тому, как весенние и ближневосточные приливы обусловлены приливным влиянием Солнца, которое не синхронизировано с влиянием Луны, ваши лунные приливы иногда выстраиваются в линию (создавая очень высокие приливы, за которыми следуют очень отливы), а иногда вмешиваются (создавая относительно плоские приливы в течение всего дня). длинный).

На ум приходит еще пара вариантов. Множество историй связано с большими лунами газовых гигантов, и хотя мы еще не нашли ни одной (наши существующие методы обнаружения планет вокруг других звезд недостаточно чувствительны, чтобы обнаружить их луны), нет причин, по которым можно было бы обнаружить их спутники. не существует на обитаемом расстоянии от своей звезды. Небо на такой луне, как Европа, было бы довольно драматичным , с несколькими другими лунами, которые выглядели бы размером примерно с Землю, а также с большим диском самого газового гиганта. Приливные эффекты, конечно, будут доминировать газовым гигантом, но вы увидите заметный резонанс от других спутников, больше похожий на весенние приливы, чем на огромные колебания меньшей планеты с несколькими лунами.

С другой стороны, у вас может быть планета, похожая на Землю, с несколькими лунами меньшего размера. Две луны Марса видны с его поверхности , и, хотя Деймос довольно мал и не впечатляет, Фобос, по крайней мере, хорошо виден и довольно драматичен (из-за своей быстрой орбиты он проходит полный набор лунных фаз примерно раз в марсианский день). ). Нет никаких причин, по которым планета не может быть принимающей еще больше маленьких захваченных лун, и хотя это также не будет стабильным в долгосрочной перспективе, оно может обеспечить довольно впечатляющее зрелище в течение нескольких тысяч лет, пока оно длится. Приливы от таких маленьких тел будут минимальными; влияние солнца, вероятно, было бы самым значительным.

Последнее замечание о цвете: цвет звездного тела действительно в основном определяется его составом (или атмосферой, если она есть). Марс — известный пример; его красная окраска происходит непосредственно от состава почвы, богатой оксидом железа. Ио также известен тем, что имеет желтую окраску, основанную в основном на сере. Поверхность водяного льда Европы похожа по цвету на серый цвет Луны, но более чем в пять раз ярче. И так далее.

Две луны сделают приливы более интенсивными, а не менее. Также более сложный.

Здесь, на Земле, у нас есть «весенние приливы» и «сезонные приливы» — они вызваны солнцем, но есть достаточное различие, которое заметили древние греки, хотя в Средиземноморье нет сильных приливов. Причина, по которой солнце оказывает меньшее влияние, несмотря на его гораздо больший размер, заключается в том, что оно находится дальше.

Если ввести еще одну луну, пусть даже гораздо более далекую, чем наша, то приливы станут суммой трех небесных тел. Это привело бы к тому, что земные приливы были бы намного ниже, а весенние приливы намного выше, чем на нашей планете.

Если вы хотите уменьшить приливы, вы можете посмотреть на изменения приливов на Земле, которые весьма значительны, и использовать географию либо для нужного вам региона, либо для всей планеты. Если это невозможно, увеличение расстояния между планетой и Луной уменьшит их.

Это увлекательный вопрос!

Как вы упомянули, влияние на приливы было бы наиболее очевидной характеристикой, и единственный способ, которым я могу думать об их уменьшении, чтобы не охватывать города, - это сделать вторую луну меньше и отодвинуть вторую луну подальше. Закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что гравитационная сила, действующая на планету со стороны Луны, определяется выражением

Таким образом, в основном сила гравитации пропорциональна размеру Земли (m1), размеру Луны (m2) и квадрату радиуса орбиты (r). Если вы отодвинете вторую луну в 4 раза дальше, у вас будет гравитационная сила в 16 раз меньше. Таким образом, теоретически вы все еще можете иметь прекрасную луну того же размера и плотности на своих пейзажных фотографиях, не разрушая города, просто перемещая ее дальше. Вы также можете уменьшить его массу (но я считаю, что вы хотите сохранить тот же размер/плотность).

Также, согласно статье в википедии для лун марса , могли быть и другие любопытные последствия:

1. Если луна вращается достаточно близко, ваша вторая луна может казаться меньше возле планетарных полюсов и больше возле экватора, как яркая звезда или планета.
2. У вас могут быть более частые лунные затмения, если вторая луна находится достаточно близко. Он может часто блокировать солнце.
3. В зависимости от направления орбиты меньшая луна может восходить, заходить и снова восходить менее чем за день (например, 11 часов для Фобоса), или более крупная луна может заходить за 3 дня.
4. Планета также оказывает гравитационное притяжение на Луну, поэтому в какой-то момент в будущем меньшая, более близкая луна может быть разбита приливными силами, и осколки могут врезаться в планеты, образуя огромные кратеры, которые могут повлиять на поверхность планеты. Может быть, это забавное апокалиптическое пророчество?

Надеюсь, что это полезно! Такой отличный вопрос!

Ответ Каденс очень хорош, но он может оставить вас с ощущением, что вы не можете уйти ни с чем интересным. Я думаю, что определенно есть хорошие возможности.

Вы хотите представить две луны с приблизительно круговыми орбитами, которые имеют значительно разные радиусы. Если радиусы слишком близки, система имеет тенденцию быть нестабильной. Один из способов иметь стабильную систему — это чтобы луны находились в резонансе. Выполните поиск по слову «орбитальный резонанс», а также прочитайте о галилеевых спутниках Юпитера. Возможен сценарий, при котором внутренняя луна делает два оборота каждый раз, когда внешняя луна делает один оборот.

Отредактировано, чтобы добавить, что мне также нравится ответ М.А. Голдинга, и другие тоже неплохи. Но я определенно все еще думаю, что вам следует подумать о том, чтобы они находились на резонансных орбитах.

Также я добавлю, что вам может быть интересно прочитать о теориях о том, как Уран и Нептун получили свои спутники. Захваты там были обычным явлением. Одна вещь, которую следует понимать при захвате луны, заключается в том, что без трения гравитации трудно действительно что-то «захватить». Вещи ускоряются по мере приближения и замедляются по мере удаления, так что в конце концов они движутся так же быстро, но удаляясь от планеты. Захваты происходят следующим образом: (а) все еще существует густое пылевое облако, замедляющее тело, или (б) в системе есть третье тело, которое может быть выброшено на более высокую орбиту, замедляя новое тело достаточно, чтобы захватить его.

Но это все только фон. Я думаю, у вас есть некоторая гибкость.

Каденс права в том, что трудно представить, как мы могли получить две луны размером с Луну. Но на самом деле вы хотите, чтобы они были большими в небе и влияли на приливы и отливы. Вторая луна, которая значительно меньше и значительно ближе, все равно может выглядеть красивой и большой на небе. По моему мнению, было обнаружено недостаточно похожих на Землю планет, чтобы исключить неожиданные сценарии приобретения Луны. Действительно, внутренние планеты Солнечной системы — единственные имеющиеся у нас примеры, где мы знаем, какие спутники присутствуют. Вы можете быть более уверены, что орбиты не могут быть слишком близко друг к другу, или Луна не может быть намного дальше, чем наша, потому что орбитальная динамика делает ее нестабильной.

Вы можете избавиться от проблемы приливов, сделав две луны совмещенными, а вторую луну поставить в троянскую позицию.

Используя Землю и Луну в качестве примеров нашей планеты и Луны, вторая луна должна быть около одной сотой массы Луны. Он может быть менее плотным , чтобы быть безопасно больше и, следовательно, более заметным, несмотря на меньший радиус. С той же целью мы можем предположить, что у него более высокое альбедо.

Я думаю, что мы можем пойти с астероидом S-типа, подобным по размеру и плотности 2 Паллады . Поперечное сечение составляет одну десятую часть Луны, но альбедо может быть в 3+ раза выше (т.е. ярче), поэтому в итоге мы получаем примерно треть отраженного света.

Приливы на самом деле будут немного меньше , чем на Земле. Вторая луна едва может сойти с рук, не имея идеально сферической формы.

Одним из недостатков этой конфигурации является то, что соединения никогда не будет — две луны всегда будут занимать одно и то же относительное положение на небе, примерно в 60° друг от друга.

Вы видели фотографии или видео, где Луна на Земле выглядит огромной?

Я считаю, что угловой диаметр Луны, около половины дуги, равен десятицентовой монете, которую держат на расстоянии вытянутой руки, что довольно мало. Но на многих фотографиях и видео Луна выглядит огромной, потому что для ее съемки используются телеобъективы.

Если вы хотите, чтобы обе луны выглядели как диски (когда полны) или частичные диски (в других фазах), обе луны должны быть достаточно большими, чтобы иметь (примерно) сферическую форму.

Известно или ожидается, что объекты Солнечной системы массивнее 10 кг в 21-й степени (один йоттаграмм [Yg]) будут приблизительно сферическими. Астрономические тела релаксируют в округлые формы (эллипсоиды), достигая гидростатического равновесия, когда их собственная гравитация достаточна для преодоления структурной прочности их материала. Считалось, что отсечка для круглых объектов находится где-то между 100 км и 200 км в радиусе, если они имеют в своем составе большое количество льда; 1 однако более поздние исследования показали, что ледяные спутники размером с Япет (1470 км в диаметре) в настоящее время не находятся в гидростатическом равновесии 2 , а оценка 2019 г. предполагает, что многие TNO размером в диапазоне 400–1000 км могут даже не находиться в состоянии гидростатического равновесия. полностью твердые тела, гораздо менее гравитационно округлые.3 Объекты, которые являются эллипсоидами из-за их собственной гравитации, здесь обычно называются «круглыми», вне зависимости от того, находятся ли они сегодня в равновесии или нет, в то время как объекты, которые явно не являются эллипсоидальными, называются «неправильными».

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Solar_System_objects_by_size 1

Когда-то ожидалось, что любое ледяное тело радиусом более 200 км, вероятно, будет находиться в гидростатическом равновесии (ГЭ). 4 Однако Церера (r = 470 км) — самое маленькое тело, для которого подробные измерения согласуются с гидростатическим равновесием, 8 тогда как Япет (r = 735 км) — самое большое ледяное тело, которое, как было установлено, не находится в гидростатическом равновесии. 9] Луна Земли (r = 1737 км) также не находится в гидростатическом равновесии, но, в отличие от ледяных Цереры и Япета, состоит в основном из силикатных пород, обладающих гораздо большей прочностью на растяжение, чем лед.

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Solar_System_objects_by_size#Больше_чем_400_км 3

Веста, радиус которой составляет 262,7 км (166,3 мили), является крупнейшим объектом Солнечной системы, который выглядит неправильно на хорошей фотографии, хотя некоторые из объектов крупнее Весты выглядят на фотографии просто как точки света.

Более или менее условно предположив, что радиус 400 километров необходим для того, чтобы скалистое тело выглядело круглым, можно рассчитать, насколько близко должна быть такая маленькая луна, чтобы она выглядела как диск, а не светящаяся точка на небе над Землей. твой мир.

Максимальное угловое разрешение человеческого глаза составляет 28 угловых секунд или 0,47 угловых минуты,[18] это дает угловое разрешение 0,008 градуса и на расстоянии 1 км соответствует 136 мм. Это равно 0,94 угловых минуты на пару линий (одна белая и одна черная линия) или 0,016 градуса. Для пары пикселей (один белый и один черный пиксель) это дает плотность пикселей 128 пикселей на градус (PPD).

https://en.wikipedia.org/wiki/Visual_acuity#Physiology 5

Таким образом, объект радиусом 400 километров и диаметром 800 километров выглядел бы крошечным диском, а не точкой света, если бы его угловой диаметр составлял не менее 0,008 градуса дуги.

Согласно моим грубым расчетам, это означает, что круглая луна минимального размера с радиусом 400 километров (248,5 миль) и диаметром 800 километров (497 миль) должна быть меньше примерно 5 729 582,7 километров или 3 560 197,6 миль. далеком, чтобы его можно было увидеть как крошечный диск, а не как просто точку света.

Предел Роша для астрономического тела — это расстояние, на котором оно вызовет разрушение меньшего астрономического тела. Для Земли предел Роша составляет 9 492 километра (5 898 миль).

https://en.wikipedia.org/wiki/Roche_limit#Selected_examples 6

Сфера Хилла планеты, рассчитанная по массам планеты и ее звезды и расстоянию между ними, представляет собой минимальное расстояние, на которое луна планеты должна быть ближе, чем для того, чтобы оставаться на орбите вокруг этой планеты.

Сфера Хилла является лишь приближением, и другие силы (например, радиационное давление или эффект Ярковского) могут в конечном итоге вывести объект за пределы сферы. Этот третий объект также должен иметь достаточно малую массу, чтобы не создавать дополнительных сложностей из-за собственной гравитации. Подробные численные расчеты показывают, что орбиты на сфере Хилла или только внутри нее не являются стабильными в долгосрочной перспективе; оказывается, что стабильные спутниковые орбиты существуют только в пределах от 1/2 до 1/3 радиуса Хилла. Область устойчивости для ретроградных орбит на большом расстоянии от главной звезды больше, чем область для прямых орбит на большом расстоянии от главной. Считалось, что это объясняет преобладание ретроградных спутников вокруг Юпитера; однако у Сатурна более равномерное сочетание ретроградных и прогрессивных лун, поэтому причины более сложны.3

https://en.wikipedia.org/wiki/Hill_sphere#True_region_of_stability 7

В примере Земля-Солнце Земля (5,97×1024 кг) вращается вокруг Солнца (1,99×1030 кг) на расстоянии 149,6 млн км, или одной астрономической единицы (а.е.). Таким образом, сфера Хилла для Земли простирается примерно на 1,5 миллиона км (0,01 а.е.). Орбита Луны, находящаяся на расстоянии 0,384 миллиона км от Земли, комфортно находится в пределах гравитационной сферы влияния Земли, и поэтому ей не грозит выход на независимую орбиту вокруг Солнца. Все стабильные спутники Земли (находящиеся в пределах сферы земного холма) должны иметь орбитальный период менее семи месяцев.

https://en.wikipedia.org/wiki/Hill_sphere#Formula_and_examples 4

Таким образом, сфера Земного холма простирается примерно на 1 500 000 километров (932 056,7 миль), а ее истинная область стабильности простирается примерно на 500 000–750 000 километров (310 685,5–466 028,3 миль).

Большая полуось орбиты Луны составляет 384 399 километров или 238 854,4 мили.

Таким образом, это означает, что если обитаемая планета имеет аналогичную массу и расстояние от своей звезды (звезды, которая должна иметь массу, подобную массе Солнца), любые имеющиеся у нее луны, достаточно большие, чтобы быть круглыми, будут достаточно близко к планете. всегда казаться круглыми (за исключением их фаз) и никогда не казаться простыми точками на небе.

Минимальный размер каменистой луны, достаточно большой, чтобы быть круглой, с радиусом 400 километров (248,5 миль) и диаметром 800 километров (497 миль), будет составлять около 0,230229 диаметра Луны и, таким образом, около 0,0124228 диаметра Луны. объем Луны. Если бы у этой Луны была такая же средняя плотность, как у Луны, она имела бы около 0,0124228 массы Луны.

Притяжение астрономических тел друг к другу пропорционально их массам и расстояниям. Таким образом, если бы наименьшая возможная круглая луна находилась на расстоянии от Луны Земли, она имела бы только 0,0124228 силы гравитационного притяжения на Земле, чем Луна. Согласно моим грубым расчетам, если бы Луна с массой 0,0124228 массы Луны находилась на расстоянии 0,1114576 от расстояния Луны, ее гравитационное притяжение на Земле было бы равно притяжению Луны. Это расстояние составит около 42 844,189 км или около 26 623,144 мили.

На таком расстоянии круглая луна минимального размера должна казаться шириной примерно в один дуговой градус, что примерно вдвое превышает угловой диаметр Луны.

Таким образом, мои грубые расчеты показывают, что луна, меньшая, чем Луна Земли, должна быть достаточно близкой к землеподобной планете, чтобы казаться такой же большой или больше, чем Луна с Земли, без каких-либо более высоких приливов.

Конечно, астрономическая ситуация, которая могла бы существовать, — это не то же самое, что астрономическая ситуация, которая могла бы сложиться естественным образом, и астрономическая ситуация, которая могла бы сложиться естественным образом, — это не обязательно то же самое, что астрономическая ситуация, которая могла бы существовать миллиарды лет. необходимо до тех пор, пока планета не разовьет атмосферу с большим количеством свободного кислорода и не станет обитаемой для существ с потребностями, подобными потребностям человека.

Считается, что Луна образовалась из обломков гораздо ближе к Земле, чем сейчас, и вызывала большие приливы на древней Земле, постепенно замедляла вращение Земли и удалялась все дальше и дальше от Земли.

Взаимодействия между двумя желаемыми лунами, планетой и ее звездой, возможно, могут сбросить одну из лун с орбиты вокруг планеты задолго до того, как на планете разовьются продвинутые многоклеточные формы жизни.

Одна из возможностей, которую вы, возможно, захотите рассмотреть, — превратить вашу «планету» в гигантскую обитаемую луну гигантской планеты размером с Сатурн или Юпитер. Большая «луна» в небе могла быть планетой-гигантом, а меньшая «луна» могла быть еще одной луной гигантской планеты.

Рене Хеллер и Хорхе И. Зулуага в «Магнитном экранировании экзолун за пределами околопланетного края» Письма в астрофизический журнал, том 776, выпуск 2, идентификатор статьи. L33, 6 стр. (2013) рассчитали расстояния от планеты-гиганта, на которых потенциально может быть обитаема гигантская луна. Согласно их расчетам, экзолуна должна иметь радиус от 5 до 20 планетарных радиусов, чтобы быть защищенным от радиации. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2041-8205/776/2/L33 8

На расстоянии от 5 до 20 планетарных радиусов планета будет иметь ширину от 5,7295 до 22,9183 градусов, что примерно в 11-45 раз больше углового диаметра Луны.

Любые другие спутники планеты-гиганта, которые были достаточно большими, чтобы быть круглыми, выглядели бы как диски, а не точки, если бы они были ближе, чем примерно 5 729 582,7 километров или 3 560 197,6 миль. Большие округлые луны выглядели бы как диски на еще больших расстояниях.