Каким будет структурное воздействие колеблющейся орбиты на планету?

Примечание: Если вы хотите узнать, как создать колеблющуюся орбиту с помощью физики реального мира, вы можете посмотреть-посмотрите на этот вопрос, который следует за моим . Мой вопрос касается последствий такой орбиты.

Волнистая звездная система

У меня есть звездная система с совершенно уникальными свойствами. Как появилась эта система, неизвестно, но ее центральное тело, которое мы для сладости назовем белой дырой, обладает уникальными физическими свойствами. Он создает силу, подобную гравитации, но действующую как противоположность ей с «более высокой производной силой»: под этим математическим словом «мерзость» я подразумеваю, что она уменьшается с расстоянием быстрее, чем гравитация. Другими словами, если вы находитесь близко, вас отталкивает, а если далеко, вас втягивает. Как следствие, есть сфера/круг, где вы находитесь в состоянии невесомости, где сила гравитации противодействовать отталкивающему. Позже мы назовем эту линию нейтральной линией.

Вокруг этой белой дыры стоит теллурическая планета, очень похожая на Марс по составу и орбитальным характеристикам, за исключением одного. Из-за какой-то космической истории, которую еще предстоит понять, его орбита 8 раз пересекает нейтральную линию, поскольку он колеблется от и к зоне притяжения с противоположными силами. Он образует симпатичную звездообразную форму, как вы можете видеть в игрушечной модели 1 , которую я сделал ниже:

Орбита планеты на моей модели, образующая звездообразную форму

Орбита красной планеты образует звездообразную форму вокруг белого звездообразного тела.

Моя проблема

Эта модель, однако, не помогает мне решить тот факт, что планеты имеют много дополнительных сложностей, особенно в отношении их структуры. Они не «твердые, как камень», как шары для игры в петанк (или шары для боулинга, если вы к ним привыкли).

Итак, какой я могу ожидать структуру такой планеты по сравнению с Марсом? Вот и спрашиваю:

  • Его общий вид? Овал, блин (вкуснятина!), точь-в-точь как Марс, что-то еще?
  • Будут ли со временем видимые структурные изменения на его поверхности, если смотреть с другой планеты? Например, признаки очень сильного давления, которое приводит к трещинам, вулканической и сейсмической активности?
  • И как часть проверки реальности, будет ли он структурно стерт в пыль такими колебаниями?

Известные данные модели

Вот некоторые данные, которые я собрал из своей модели, которые, я думаю, могут быть полезны для понимания этой вещи. Хотя... Напомним, что это игрушечная модель с гораздо меньшими данными (мы говорим в км, а не в а.е.)! Поэтому я могу разумно указать только относительные различия, и могут быть большие масштабные различия, о которых я не знаю!

  • Скорость объекта меняется со временем . В моей модели он колеблется от 1 единицы до 2 единиц скорости, довольно много, если я осмелюсь сказать. Как вы можете видеть на изображении, скорость увеличивается по мере приближения объекта к белой дыре и замедляется по мере удаления.
  • Сила также меняется со временем . На 1 Н общей силы тяги, которую я получаю на самом дальнем расстоянии, я получаю 1,6 Н силы отталкивания на самом близком.
  • Что касается расстояния, то расстояние от планеты до белой дыры колеблется от ~80 до ~140% расстояния по нейтральной линии . Мы будем считать, что расстояние нейтральной линии от белой дыры такое же, как у Марса, поэтому ваша орбита колеблется от 80% до 140% орбиты Марса.
  • Что касается времени, ну... Моя модель проходит через доску, и создание цикла занимает менее 15 минут, так что :D... Мы учтем это, чтобы сделать полный период, это то же самое, что и Марс. Дело в том, что, поскольку он колеблется вдоль нейтральной линии, я сомневаюсь, что здесь применим третий закон Кеплера для расчета периодов обращения. На самом деле, регулируя перпендикулярную начальную скорость, вы получаете разное время цикла, как вы можете видеть ниже:

Гонка бок о бок между двумя планетами с разной начальной скоростью.

Гонка бок о бок между двумя планетами с разной начальной скоростью. Желтая планета имеет вдвое меньшую начальную перпендикулярную скорость, чем красная, и ей требуется гораздо больше времени для перемещения.

Другие данные

Помимо результатов модели, знайте, что белая дыра, помимо своих физических изменяющихся свойств, действует подобно Солнцу с точки зрения гравитации и излучения энергии. Если вы случайно что-то упустили, считайте, что это подходит для Марса или Солнца... Соответственно.

Следовательно, с каким структурным воздействием столкнулась бы планета, если бы ее орбита колебалась?

1 : Вот формула модели, результат которой положительный, когда объект притягивается к белой дыре, и отталкивается, когда отрицательный. В основном использовал как набросок, но если надо :) :

Ф "=" − А м час м о д час о 2,5 + г м час м о д час о 2

Где F — приложенная сила, m — масса дыры, m — масса отталкиваемого объекта, d — расстояние между дырой и объектом, G — гравитационная постоянная , а A — еще одна «удобная» постоянная для уравновешивания вещей. Мне все равно, что находится внутри белой дыры, и я не хотел проводить расчеты общей теории относительности, поэтому неопределенный результат d ho =0 не имеет значения. То же самое и с собственным движением белой дыры, от которого я отказался, поскольку оно не имеет большого значения.

Действует ли гравитация на планете так же, как гравитация центрального тела?
@JustinThymetheSecond Нет, в этом отношении он действует как обычная теллурическая планета, на нее или удаленные тела не действует обратная сила.
Так действует ли «отталкивающая» сила центрального тела внутри нейтральной линии на гравитацию, массу или какой-либо другой фактор планеты? Важно знать, на какую конкретную «вещь» действует отталкивающая сила, чтобы предсказать ее последствия.
Предложение: если оно действует на гравитацию, то можно предположить, что каким-то образом «полярность» гравитации от центрального тела «меняется» на нейтральной линии?
@JustinThymetheSecond Хорошие моменты, я не сильно отклонялся от ньютоновской физики, чтобы не создавать слишком много несоответствий, хотя я попытаюсь сделать то, что вы предлагаете. В том состоянии, в котором я сейчас нахожусь, обратная гравитация действует на массу, а не является прямым коэффициентом гравитации. Если это поможет, знайте, что у вас есть текущая формула в сносках, где вы увидите, что я в основном складываю силы гравитации и антигравитации вместе.
Некоторое время назад я провел некоторые расчеты, чтобы описать такие орбиты: worldbuilding.stackexchange.com/q/178900/62241 .
Поскольку у вас есть переменная d(sub-ho), вы имеете представление о том, насколько близко и насколько далеко находится эта планета от центра. Это указывало бы на то, как изменится излучаемая энергия из центра. Если это слишком экстремально, мы переходим, скажем, с Марса на Венеру четыре раза за цикл. Это больше, чем просто сезонное отличие от вращения планет.
Я бы хотел, чтобы этот вопрос задавал вопрос о том, как возможна такая колеблющаяся орбита.
@Willk Я вижу только 2 возможности (в реальном мире): планета находится на активной траектории или; существует множество бесконечных потоков возмущающих тел, проходящих мимо планеты по особым пролетным траекториям, постоянно меняющих ее орбиту.
Как создаются эти волшебные картинки, какая магия использовалась для их создания, оффтоп, но, любопытно, информация, возможно, даже заслуживает того, чтобы быть в самом вопросе.
@MolbOrg Трехмерный движок Unity с двумя сферами с планетой, имеющей твердое тело, и скрипт C #, использующий приведенную выше формулу для добавления сил. След — это всего лишь уже созданный компонент единства, который я настроил.
Спасибо, да, трейл — это самое приятное, лол. Однажды я думал сделать такой же для системы запуска массдрайвера на Луне, чтобы визуализировать траектории, но эта проблема со следом разрушила идею, лол.

Ответы (3)

Не солнца надо бояться, а всего вокруг

В изоляции ваша планета была бы практически идентична Марсу, если бы ей было позволено сформироваться и остыть. Фактически, поскольку вы находитесь у дна гравитационного потенциального колодца, приливные силы, вероятно, будут намного слабее, чем на Марсе, поэтому он вполне может быть немного более круглым и менее «смешанным».

Возможно, вы забываете, что круговые орбиты все еще возможны (и энергетически выгодны) — вы можете установить центростремительную силу.

Ф "=" м р ( 2 π Т ) 2 "=" г м [ М р 2 − А р 2,5 ]

где м масса планеты, М - обычная масса белой дыры, А является «антимассой» белой дыры, Т - орбитальный период и р – равновесный радиус.

Главное физическое отличие этой системы от реальности в том, что вы нарушили стандартное соотношение между угловым моментом и радиусом орбиты — теперь есть уникальный, «магический» радиус, при котором гравитационная потенциальная энергия минимизируется. Основываясь на термодинамике, я ожидаю, что весь мусор системы в конце концов окажется там, и все на разных колеблющихся орбитах. Другая примечательная вещь заключается в том, что любой орбитальный период возможен примерно при одном и том же радиусе — на самом деле у нас недостаточно информации, чтобы сказать, какое значение T имеет число покачиваний. На самом деле, другая ужасающая возможность — это стационарная, стабильная орбита, на которой планета просто находится на р 0 "=" ( А / М ) 2 , где сила тяжести равна нулю.

Это совсем другая ситуация с нашим Солнцем, где все орбиты в основном одинаковы (только теплее/холоднее). Представьте, что ваша система заполнена первичным бульоном из газа и камня — в конце концов трение сожмет этот бульон в тонкое кольцо вокруг Солнца с центром чуть дальше нейтральной линии. Внутри этого кольца быстро формируются большие планеты, потенциально движущиеся по какой-то сумасшедшей извилистой траектории. В таком сценарии столкновения были бы обычным явлением — ваш Марс был бы изрешечен кратерами, вероятно, расплавленными и, возможно, внутри газового гиганта. Это зависит от того, насколько далеко вы хотите зайти в проверке реальности, но формирование такой системы было бы очень странным.

Планета - это просто планета.

Он не разделяет странную гравитацию звезды.

Силы звезды на планете довольно слабые, как и гравитация. Таким образом, они влияют на путь планеты в целом, но практически не влияют на саму планету. В полной мере локальные эффекты будут... приливы. Приливы выше, когда планета находится ближе к звезде, меньше, когда она дальше. И гравитация, и отталкивание создают приливы, все, что имеет значение, — это баланс, направление и градиент результирующих сил. Я верю, что приливы гравитации будут указывать на звезду, как и наши приливы, но приливы отталкивания будут направлены на нее под углом 90 градусов. В результате может получиться интересное выплескивание.

Просто рассчитайте период колебаний между ближайшим и самым дальним для планеты. Это его времена года. Лето, когда планета ближе к звезде, зима, когда дальше.
Цикл вокруг звезды интересен астрономам, и не более того. Это никак не повлияет ни на погоду, ни на климат, ни на повседневную жизнь на планете, а только на живописный вид звездных окрестностей.

Краткое содержание:

Если планета имеет «нормальную» продолжительность дня и достаточно сильна, чтобы не разлететься на части под действием собственного вращения, то это будет скучная старая сплюснутая сфера.

Эффекты первого порядка на планетарную форму: нет

Если предположить, что модифицированный закон гравитации одинаково применим ко всем составляющим атомам планеты, то ваш новый закон силы подчиняется принципу эквивалентности. Другими словами, поскольку планета «свободно падает» под действием этой гравитационной силы, физика в ее окрестностях полностью эквивалентна той, что была бы, если бы планета была изолирована в глубоком космосе без какой-либо гравитации. А если бы планета находилась в глубоком космосе, то под действием собственной гравитации она приобрела бы примерно сферическую форму, возможно, с небольшим сплющиванием из-за вращения.

Влияние второго порядка на форму планеты: различные приливные силы.

Конечно, есть небольшие эффекты, которые Солнце оказывает на форму Земли. Сторона Земли, обращенная к Солнцу, будет чувствовать немного большую гравитационную силу, чем сторона Земли, удаленная от Солнца, поскольку она находится ближе к Солнцу, а сила гравитации уменьшается с расстоянием. Разница между этими силами приводит к приливной силе , которая примерно равна

Ф приливный ≈ р д Ф грав д ( д час о )
где р - физический размер планеты. В вашем случае получится примерно
Ф приливный ≈ р [ 2,5 А м час м о д час о 3,5 − 2 г м час м о д час о 3 ]

В принципе, можно подсчитать, насколько велики эти силы. Однако я ожидаю, что они будут относительно неэффективны, пока ваша планета вращается. Пока ваша планета вращается, напряжения коры планеты из-за ее вращения почти наверняка будут больше, чем напряжения из-за приливных сил. Для сравнения: приливные силы на Марсе, вызванные Солнцем, вызывают относительное ускорение примерно 10 − 14  РС 2 ; но центростремительное ускорение из-за его вращения составляет около 10 − 2  РС 2 вдоль экватора. Расчеты для вашей планеты, как я полагаю, приведут к аналогичным результатам.

Пока структура вашей планеты достаточно прочна, чтобы не разлететься из-за собственного вращения, и планета остается достаточно далеко от дыры, она должна быть в состоянии справиться с приливными эффектами. Даже если они меняются во времени из-за разного расстояния планеты от дыры, они настолько малы, что не должны угрожать ее структурной целостности.

Каким будет структурное воздействие колеблющейся орбиты на планету?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v