Как бы вы себя чувствовали, прогуливаясь по Rocheworld?

Некоторое время назад я видел это видео, в котором говорилось о обитаемости двойных планет и миров Рош. Я не видел здесь вопросов о последнем случае, поэтому решил попробовать.

Для некоторой предыстории, Rocheworld — это двойная планетная система, которая находится так близко друг к другу, что две планеты имеют общую атмосферу и начали сливаться вместе. В конечном итоге это привело бы к тому, что две планеты стали бы одной большой планетой.

Гипотетически можно было бы путешествовать от одного из компонентов планеты к другому над областью, в которой они пересекаются. Я думаю, что, поскольку эти две планеты пересекаются, это может привести к некоторым интересным гравитационным эффектам, которые могут препятствовать путешествию между двумя сторонами.

Как человек почувствует гравитацию, пытаясь пройти из одной части Rocheworld в другую?

(Например, почувствуют ли они сильное притяжение от любой из планет, когда будут ходить по перекрывающемуся региону, или это будет не аномально?)

Всегда здорово, когда кто-то упоминает Исаака Артура.

Ответы (1)

Во-первых, я должен отметить, что для того, чтобы такое расположение было хотя бы отдаленно стабильным, планеты должны быть заблокированы приливами, то есть они не вращаются по отношению друг к другу. Независимо от того, где вы находитесь на любой планете, другая всегда будет занимать одно и то же место в небе (то есть, если другая находится над горизонтом). Планеты также будут вращаться вокруг друг друга очень быстро — скорее всего, порядка нескольких часов — чтобы не столкнуться друг с другом. Это означает, что «дни» на этих планетах также будут очень короткими — опять же, вероятно, всего несколько часов.

Прогулка по такой двойной планете будет похожа на прогулку по любой другой планете, по крайней мере, если вы ограничитесь достаточно небольшой территорией. К тому времени, когда это расположение станет стабильным, планеты изменят свою форму и станут довольно продолговатыми, с направленными друг на друга «концами». Если вы игнорируете горы, континенты и тому подобное, земля везде будет казаться плоской, точно так же, как поверхность Земли кажется плоской, если вы стоите на ней, хотя на самом деле это сфера. Говоря более технически, поверхность каждой планеты будет иметь (примерно) постоянный гравитационный потенциал .

Гравитация будет заметно слабее на «концах» планет, чем вокруг их середины, из-за приливных сил, которые каждая оказывает на другую. Вы можете думать об этом следующим образом:

  • Там, где другая планета находится прямо над головой, гравитация будет казаться слабее, потому что другая планета утягивает вас от поверхности. Недостаточно, чтобы поднять вас с поверхности, но вы определенно почувствуете себя легче.
  • На противоположных концах планет гравитация будет казаться слабее, потому что планеты вращаются вокруг друг друга, а центробежная сила пытается отбросить вас. Это не совсем точно — это больше похоже на то, что другая планета оттягивает землю от ваших ног быстрее, чем притягивает вас, из-за закона обратных квадратов гравитации — но это дает вам правильное представление.
  • Вокруг середины планет гравитация будет ощущаться сильнее по двум причинам: во-первых, потому что вы находитесь ближе к центру своей планеты; и второе, потому что другая планета тоже притягивает вас к земле.

Я должен отметить, что такое расположение, когда две планеты вращаются друг вокруг друга достаточно близко, чтобы их атмосферы соприкасались, может быть даже отдаленно невозможным. Если луна вращается слишком близко к своей планете, приливные силы разорвут ее на части. На стороне, ближайшей к планете, материал на поверхности Луны будет поднят, потому что гравитационное притяжение планеты сильнее, чем у остальной части Луны; а с противоположной стороны центробежная сила выбрасывает в космос материал. Точка, в которой это происходит, называется пределом Роша Луны , и я понятия не имею, как это применимо, если «планета» и «луна» имеют одинаковый размер.

Я также не знаю, какое влияние это расположение окажет на атмосферы планет. Между планетами и на «концах» планет они, безусловно, будут намного толще, чем вокруг середины планет (хотя давление воздуха на поверхности каждой планеты должно быть примерно одинаковым везде), но, насколько я знаю, центробежная сила могла выбросить все атмосферы в космос. Вам также нужно следить за этим.

Обновление с математикой

Формула для орбитального периода, когда необходимо учитывать массы обеих планет, выглядит следующим образом:

Т знак равно 2 π а 3 грамм ( М 1 + М 2 )
куда а это расстояние между двумя планетами и М 1 а также М 2 являются их массы.

Для двух сферических Земель, вращающихся достаточно близко, чтобы их атмосферы соприкасались, это дает период обращения два часа 49 минут .

Если я подтасую массы в попытке сымитировать планеты как эллипсоиды с соотношением сторон 2:1 и поставлю между ними 0,455 радиуса Земли (см. ниже), я получу период обращения 7 часов 40 минут . Я думаю, что это самый короткий орбитальный период, который вы сможете получить в такой системе, если система будет стабильной.

Как я получил эти цифры? Соотношение сторон 2:1 и радиус 0,455? Что ж.

На странице пределов Роша подробно описаны два разных предела Роша: один для жесткого спутника и один для жидкого спутника. Жесткий предел — это радиус орбиты, при котором свободно связанный материал на поверхности спутника (или поверхности планеты, в вашем случае) будет отрываться и выбрасываться в космос. Почва, вода и воздух считаются «слабо связанными», поскольку ничто, кроме гравитации планеты, не удерживает их, так что об этом следует помнить.

Жидкий предел Роша объясняет, как приливные силы будут искажать спутник и делать его более уязвимым для разрыва на части. Он служит хорошей верхней границей того, насколько близко могут вращаться два тела без риска быть разорванными, хотя на практике многие спутники в нашей Солнечной системе вращаются в пределах своих жидких пределов Роша. Они частично удерживаются вместе силами растяжения. Они сделаны из льда или камня, а не из воды. Однако я совершенно уверен, что ни у одной из этих лун нет атмосфер или каких-либо жидких внутренних процессов, которые позволяют функционировать тектонике земных плит и другой геологической активности. Если вам нужны планеты, похожие на Землю, вам нужно более строго придерживаться этого ограничения.

Формула для текучего предела Роша на той странице Википедии, которая учитывает большинство факторов (а также дает наибольшую верхнюю границу того, где планеты начнут распадаться на части), такова:

г знак равно 2.455 р р М р м 3

куда р - радиус длинной оси одной из планет, а р М а также р м являются их плотностью. Я не уверен, какая планета р должен быть радиусом, но если планеты Rocheworld имеют одинаковый размер, это не должно иметь значения.

Это говорит нам о том, что расстояние между центрами масс планет может быть не менее чем в 2,455 раза больше их радиусов по длинной оси без риска потери планетами своих атмосфер или полного распада. Это означает, что если планеты находятся на стабильной орбите, между ними будет не менее 0,455 радиуса длинной оси. Если они размером примерно с Землю, это будет около 3000 километров. Между ними вообще не будет заметной атмосферы, тем более достаточной, чтобы летать на самолете от одного к другому.

Стоит также отметить, что флюидный спутник (или землеподобный, геологически активный мир Рош) в этих условиях на грани распада будет иметь соотношение между длинной и короткой осями 1:1,95. Если приливные силы растянут планету еще больше, они превысят гравитационные силы, удерживающие планету вместе, и заставят ее распасться. Так что ваши планеты не должны быть более вытянутыми, чем это. Также обратите внимание, что если планеты настолько вытянуты, на их концах почти не будет гравитации. Возможно, вам придется держать их немного дальше друг от друга и немного менее продолговатыми, просто чтобы контролировать их атмосферу.

Хороший развернутый ответ!
Расположение работает, поскольку предел Роша варьируется в зависимости от массы и плотности объектов — два объекта одинакового размера и одинаковой плотности могут столкнуться с проблемами только в том случае, если они соприкасаются. Насколько я понимаю, с общей атмосферой возникнут проблемы — плоскость между двумя мирами не находится под гравитационным контролем ни одного из них, и поэтому атмосфера будет истекать кровью вокруг точки, где соприкасаются атмосферы.
@LorenPechtel Они были бы в опасности, прежде чем коснулись бы друг друга. Расчет твердого тела при равной плотности двух объектов составляет 1,26 r. en.wikipedia.org/wiki/Roche_limit#Rigid-satellite_calculation Применить это к расчету двух тел становится сложно, но я думаю, что проблемная область, вероятно, будет задолго до касания. Это 1,26 не учитывает вращение, которое было бы довольно быстрым, или приливное растяжение, которое было бы значительным. Я думаю, вам нужен минимальный полный радиус между двумя объектами, возможно, немного больше.
Мелочь, но когда вы говорите, что объекты будут вращаться вокруг друг друга порядка минут, это неправда. Объект на поверхности Земли будет иметь период обращения 1,41 часа. Космический шаттл на несколько минут длиннее, чем тот, что находится на высоте пары сотен миль. Это примерно максимальный период скорости вращения, потому что именно здесь вещи начинают улетать с планеты. При некотором расстоянии между двумя планетами у вас есть по крайней мере пара часов, чтобы совершить один оборот вокруг друг друга. Минуты были бы невозможны, если бы ваши планеты не были сверхплотными, как белые карлики.
@userLTK Хорошие моменты; Я не удосужился заняться расчетами. Я должен буду сделать это когда-нибудь. Полтора часа, как у МКС, вероятно, хорошая оценка для орбитального периода. В то время как другая планета действительно вращается намного дальше, чем МКС, увеличивая период обращения, она также имеет гораздо большую массу, что уменьшает период обращения. Навскидку я не уверен, в какой степени эти два эффекта компенсируются, но, скорее всего, это будет в диапазоне от одного часа до нескольких часов.
Как бы вы себя чувствовали, прогуливаясь по Rocheworld?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v