Гравитация/экосистема на планете в форме арахиса?

С инженерной точки зрения, я не думаю, что ваша планета может существовать. Проблема в том, что две планеты даже размером с Марс, подошедшие так близко, в конечном итоге столкнутся с силой, а не просто сольются на внешних краях. Если бы это произошло, вы, вероятно, получили бы одну большую планету и близкую луну пропорционально большого размера.

На самом деле, мы считаем, что это уже произошло в нашей Солнечной системе, ближе к дому, чем вы можете себе представить.

В гипотезе планеты в форме арахиса «узкая» полоса между двумя соединенными планетами должна быть чрезвычайно плотной и прочной, чтобы два шара не притягивались друг к другу. Даже если предположить, что это так, величина тектонического давления на поверхность такой планеты будет экстремальной, что будет означать массовые извержения вулканов и тому подобное на регулярной основе.

В зависимости от того, по какой оси произошло вращение такой планеты, также могут возникнуть проблемные погодные условия и, возможно, даже проблемы с сохранением атмосферы. Если бы он вращался с двумя глобусами, эффективно вращающимися вокруг друг друга, например, угловая скорость в точках «экватора» могла бы быть достаточной для потери атмосферы в космос в этой модели, хотя я не проводил никаких математических расчетов, чтобы доказать эту гипотезу, потому что это было бы зависят от размера и массы обеих планетарных «половинок» и длины соединяемой части.

В конечном счете, я подозреваю, что такая планета либо разорвет себя на части, либо превратится в пару планета/луна, уничтожив в процессе всю жизнь на поверхности (но потенциально предоставив мир для новой жизни, которая будет формироваться более традиционно).

Но ради аргумента.
Если бы мне нужно было спроектировать такую ​​планету, я бы увидел, что единственным способом, которым она могла сформироваться и сохранить свою форму, были бы два небесных тела, которые ОЧЕНЬ быстро приближались друг к другу с противоположных направлений. Это означает, что нужно было бы вращаться вокруг Солнца ретроградно; возможно внесолнечный захват? Затем вместо того, чтобы столкнуться лоб в лоб, нанесите друг другу скользящий удар.

Я должен подчеркнуть здесь, что даже это, вероятно, приведет к массивному столкновению, которое разорвет обе планеты на части, но в этом случае я собираюсь приостановить твердое научное недоверие и немного порассуждать.

Скажем в качестве аргумента, что планеты перемещались друг вокруг друга НАСТОЛЬКО быстро, что их взаимное гравитационное притяжение закручивает их вместе и преобразует импульс между двумя планетами в угловой момент между ними. Вполне возможно , что вы могли бы оказаться с планетами достаточно близко, чтобы слиться, но чтобы генерируемое вращение было достаточным, чтобы разделить два ядра. Это привело бы к тому, что вращение планеты было бы на оси, описывающей слияние двух планет, а это означает, что они будут продолжать «вращаться» друг вокруг друга очень быстро, противодействуя гравитационной силе, притягивающей две планеты вместе.

Если бы это произошло, планеты должны были бы вращаться так быстро, что я сомневаюсь, что они могли бы собрать приличную атмосферу. Это может не исключать жизнь, но исключает наземную сложную жизнь. Тем не менее, это снова возможночто вы могли бы сохранить некоторую форму океана (вода в тысячи раз более плотная, чем газ, поэтому меньше подвержена выбросу), хотя такой вид вращения привел бы к объединению воды на обоих крайних концах «арахиса», который по существу образует фрагментированный экватору (этот эффект происходит на Земле сегодня, поэтому земли прямо на экваторе Земли не так много). Эти два «океана» могли бы позволить сложную водную жизнь, если бы у вас была океанская флора, насыщающая воду кислородом, но вы, вероятно, обнаружили бы две совершенно разные эволюционные среды обитания на обоих концах арахиса. Маловероятно (если вы не можете как-то поместить атмосферу в середину арахиса), что у вас будет какая-то жизнь, путешествующая между двумя разными биомами.

Кроме того, два тела, эффективно вращающиеся вокруг друг друга, означали бы, что их ядра могли создать МАССИВНОЕ вращение, генерируя невероятное магнитное поле на каждом конце арахиса. Если бы эти поля были гармонизированы, это было бы очень интересное поле, которое можно было бы «увидеть», и оно дополнительно поддерживало бы любую экстремофильную жизнь на этом планетарном теле, не пропуская космические лучи. Если бы они НЕ были гармонизированы (гораздо более вероятно), полярные сияния и тому подобное, видимые из слившейся области арахисовой планеты, были бы просто впечатляющими. Вы бы создали туристическую индустрию прямо там.

В конечном счете, однако, угловой момент в конечном итоге начнет исчезать, и у вас будет тектоническая нестабильность, и планета в конечном итоге рухнет. Даже Земля значительно замедлила свое вращение после события, создавшего Луну, что показывает, что со временем эта модель окажется неустойчивой. Тем не менее, для окончательного коллапса может потребоваться миллиард лет. В то время в обоих описанных биомах уже могла формироваться интересная жизнь (которая в конечном итоге не переживет коллапс).

Как именно будет формироваться такой мир, по меньшей мере сложно понять. Две планеты, столкнувшиеся без предварительного захвата на орбиту друг друга, определенно не смогли бы этого сделать — по крайней мере, не за один шаг. Такое столкновение никак нельзя назвать «пассивным»! Как предположил Тим Б., гораздо более вероятно, что большая часть обеих планет испарится и создастся система колец и/или луна. Однако, если получившаяся луна достаточно велика, так что вы, по сути, получите два новыхпланеты, вращающиеся вокруг друг друга, это могло бы быть хорошим местом для начала. Или какой-нибудь другой метод захвата двух планет на орбиту друг друга. В этот момент вам просто нужен какой-то механизм, чтобы лишить систему углового момента, медленно сближая их, пока они не исказятся под действием взаимной гравитации и не начнут сливаться. Чтобы это работало, они должны быть довольно близки по размеру, так как в противном случае одно тело просто развалится на кольцевую систему, когда оно пересечет свой предел Роша по отношению к другому, и потеря достаточного количества углового момента за счет естественных процессов останется в качестве упражнение для читателя.

В целом, тем не менее, я бы в первую очередь умолчал о том, как возникла планета, оставив это как тайну (возможно, даже ту, на которую вы вешаете абажур, просто чтобы читатели знали, что вы знаете, что это вещь, и намеренно упускают его из виду, а не забывают) и фокусируются на чертах мира , каков он есть , предполагая, что он действительно существует. В конце концов, этот подход отлично сработал для Роберта Форварда в Rocheworld (он же The Flight of the Dragonfly ) и сиквелах.

«Шея» арахисового мира не обязательно должна быть исключительно сильной. На самом деле она может быть сделана из чего угодно — хоть из воды, хоть из воздуха (в этом случае система условно известна как rocheworld, как и одноименный роман). Это потому, что форма арахиса на самом деле представляет собой гравитационную эквипотенциальную поверхность; т. е. каждая точка идеализированной поверхности имеет одинаковый гравитационный потенциал и не хочет никуда «упасть», поэтому для ее поддержки не требуется никакой структурной прочности. Это также означает, что вода не будет отдавать предпочтение какому-то конкретному крупному региону, и вы можете реально разместить океаны где угодно. Что касается воды, то нет причин течь к внешним полюсам через шею или наоборот. Они оба имеют одинаковый гравитационный потенциал.

Теперь вы можете подумать: «Это не имеет смысла! Наверняка две доли гравитационно притягиваются друг к другу!» И действительно они есть. Загвоздка в том, что такая эквипотенциальная поверхность существует только в том случае, если тело вращается достаточно быстро, так что центробежная сила уравновешивает это взаимное притяжение. По сути, две половины должны вращаться вокруг друг друга, достаточно близко, чтобы соприкасаться. И мы действительно знаем об астрофизических объектах, которые ведут себя подобным образом — их называют надконтактными двойными звездами, и они действительно имеют форму арахиса (процессы, которые формируют надконтактные двойные звезды, к сожалению, не так легко применимы к твердым планетам). ).

На самом деле, выше определенной минимальной скорости вращения сплюснутые сфероидальные формы, которые мы обычно ассоциируем с планетами, становятся нестабильными, поэтому, если вы сможете найти способ начать с обычной планеты, а затем раскрутить ее до смехотворно высоких скоростей, даст вам способ сформировать арахисовую планету.

Итак, на арахисовой планете обязательно будут очень короткие дни. Например, порядка минут, а не часов. Таким образом, вы вряд ли получите формы жизни, адаптирующиеся к суточному циклу, как это происходит здесь, на Земле.

Область шейки и, как правило, все невыпуклые или обращенные внутрь части арахиса (т. е. каждая часть поверхности, которая не граничит с выпуклой оболочкой всей поверхности) также имеют тенденцию быть более холодными, чем обращенные наружу полюса. -- и это вдобавок к обычному понижению температуры к полюсам -- потому что они затеняются массой лопастей.

Вы также можете ожидать некоторых довольно странных моделей ветра из-за сочетания высокой скорости вращения, нетривиальной формы обтекания воздуха и нетривиального распределения тепла вокруг этой формы, но у меня нет опыта, чтобы описать их точно. . Однако на самом грубом уровне, предполагая, что планета имеет примерно такую ​​же «толщину», как Земля, через короткую ось одного из лепестков я ожидал бы большего количества и более тонких (т. е. охватывающих меньшее количество широт) основных циркуляционных ячеек с более сильным ветры. Эффект Кориолиса также будет интенсивным, так что вы можете ожидать много циклонических штормов, но не огромных монолитных ураганов (потому что, если они станут слишком большими, им придется пересечь границы ячеек).

Теперь поверхность равнопотенциальна , но это не означает, что существует равная гравитационная силавезде. Сила — это градиент потенциала, и хотя значение потенциала может быть одинаковым в каждой точке поверхности, его градиент — нет. У вас будет самая высокая гравитация на северном и южном полюсах каждой доли и более низкая гравитация вдоль экватора. Кроме того, гравитация будет уменьшаться от внешних полюсов вдоль экватора к центральной точке шеи. Самая низкая гравитация будет в центре шеи на экваторе, а полюса шеи будут иметь немного более высокую гравитацию. В зависимости от того, насколько растянут или сплющен этот конкретный орешек, общие различия могут быть очень большими (например, 2g на полюсах долей и десятая часть g на шее) или относительно небольшими (например, 1/5 g разницы между областями с самой высокой и самой низкой гравитацией). Чем вытянутее планета, и, таким образом, чем выше дисперсия, тем больше вы ожидаете, что и животные, и растения будут специально приспособлены к конкретным гравитационным условиям. Обратите внимание, что области с самой низкой гравитацией, однако, относительно малы; сила тяжести падает довольно быстро, когда вы переходите от выпуклой внутренней поверхности одной доли к вогнутой поверхности, ведущей к шейке. В то время как две доли могут иметь значительно разную среднюю гравитацию между ними, общая разница в гравитациина одной доле , за пределами вогнутых областей шейки, будет довольно маленьким.

Дополнение: может показаться, что высокая скорость вращения такой планеты может препятствовать удержанию особенно толстой атмосферы, поскольку на некоторой высоте любой совместно вращающийся воздух будет находиться на орбите, а выше этой высоты будет активно отбрасываться. Хитрость заключается в том, чтобы гарантировать, что планета в целом имеет достаточно высокую скорость убегания и достаточно удаленные точки Лагранжа долей, чтобы вы могли поддерживать достаточно глубокую атмосферу ниже уровня убегания и гарантировать, что большая часть молекул воздуха, которые могут ускользнуть один лепесток, тем не менее, остается на орбите, чтобы его можно было захватить позже (это похоже на явление газового тора, наблюдаемое вокруг спутников газовых гигантов, особенно Ио). В случае рошемира, где мост полностью состоит из воздуха, точки Лагранжа обязательно находятся внутри атмосферы; Я не уверен, как подробно объяснить, как такой мир способен удерживать воздух в течение длительного времени, но Роберт Форвард считал, что это возможно, и я обычно готов уступить ему в таких вопросах. Кроме того, тот факт, что ранее упомянутые сверхконтактные двойные звезды не всегда окружены спиральными туманностями, является реальным эмпирическим доказательством того, что арахисовый мир может удерживать газ, даже когда лобарные точки Лангранжавнутри газовой оболочки; вам просто нужна большая скорость убегания, что не обязательно подразумевает большую поверхностную гравитацию, особенно когда у вас есть общая масса двух лепестков, вносящая вклад в их взаимную скорость убегания, но не в поверхностную гравитацию друг друга.