Могут ли планетарные тела иметь вторую ось вращения?

Может ли планетарное тело иметь вторичную ось вращения? Например, предположим, что есть тело, похожее на Землю, которое вращается так, что его северный полюс обращен к Солнцу. Представьте себе, что Северный полюс всегда обращен к Солнцу в несколько заблокированном от приливов положении. Это вообще возможно? Возможно ли, чтобы фактическая ось вращения менялась со временем предсказуемым и стабильным образом?

Я знаю, что осевой наклон может меняться и колебаться со временем. Я думаю, что я спрашиваю, возможно ли, чтобы осевой наклон сам по себе был привязан к другому астрономическому телу? Может ли осевой наклон вращаться вокруг своей оси независимо от возмущений со стороны других тел?

Хорошие ответы предоставят мне ответ «да» или «нет», а также предоставят мне примеры возможных небесных тел, которые уже демонстрируют эту особенность. Предоставьте ссылки или изображения для получения бонусных баллов.

Отношение к построению мира заключается в том, что в моей истории я пытаюсь сделать так, чтобы главная планета на самом деле была луной большого газового гиганта, но при этом была пригодна для жизни, имела времена года и экваториальную и полярную разницу температур. Моя первоначальная идея состояла в том, чтобы использовать точку Лагранжа L1 газового гиганта, чтобы она сохраняла довольно постоянное расстояние от Солнца, но эту точку нельзя стабилизировать естественным образом. ( см. мой предыдущий вопрос здесь )

РЕДАКТИРОВАТЬ: Могут ли магнитные силы, которые сильнее гравитации, заставить один полюс всегда быть обращенным к одной и той же стороне? В конце концов, компас всегда указывает на северный полюс, так почему же северный полюс не может всегда указывать на солнце или планету с большим количеством металлов?

Свободно вращающееся твердое тело в любой момент времени имеет только одну ось вращения. Это элементарная механика. Ось вращения может сама вращаться (= прецессия ) или колебаться (= нутация ). Более того, вращающееся тело имеет тенденцию энергично реагировать на попытки изменить свою ось вращения (= гироскопический эффект ).
@overlord Какого желаемого эффекта вы пытаетесь достичь?
@overlord Вы, кажется, задаете здесь вопрос о чистой физике, хотя нам нравятся науки, мы предпочитаем, чтобы вы предоставили контекст построения мира.
Как говорили другие, объект не может иметь несколько осей вращения, но из вашего вопроса кажется, что это может быть не то, о чем вы действительно задаетесь вопросом - похоже, вы спрашиваете, может ли планета вращаться вокруг одной оси, и при этом сама ось вращается таким образом, что один из полюсов вращения всегда обращен к солнцу (так что ось параллельна линии от солнца к планете). Если это то, о чем вы спрашиваете, вам следует отредактировать свой вопрос, чтобы он больше не говорил о «второй оси вращения», поскольку это неправильное описание ситуации в физике.
Как отмечают другие - в 3D может быть только 1 ось вращения. В 4D их может быть два. Но следствие на самом деле очень интересное — именно потому, что в 3D может быть только 1 ось вращения… наша вселенная существует. В противном случае первичный газ никогда не образовал бы никаких галактик/звезд/планет. Четырехмерная вселенная — это безжизненная пустота из странствующего газа и рассеянных частиц.
Ничего общего со второй осью вращения, но если вам нужен пример планеты с нетрадиционным наклоном оси вращения, посмотрите на Уран . Его ось находится (почти) в плоскости орбиты, что вызывает всевозможные неинтуитивные длительности дня/сезона/года. Классная картинка для него
@Hoki Но он не заблокирован приливом, верно? Иногда полюс указывает на солнце, в следующем сезоне он ортогонален.
Я думаю, что вы спрашиваете не о «2-й оси вращения», а об оси прецессии.
Планета не может выполнить нужный вам тип маневра; силы, участвующие в попытке изменить ось в достаточной степени, чтобы она всегда указывала на солнце, причинили бы Очень Плохие Вещи планетарной среде. Вы говорите об эквиваленте уровней энергии плавления коры.
@ Бармар, действительно нет. Он не заперт приливом. Это не ОП спрашивал, просто еще один пример «не такой уж обычной» конфигурации планеты.
Могут ли магнитные силы, которые сильнее гравитации, заставлять один полюс всегда быть обращенным к одной и той же стороне? В конце концов, компас всегда указывает на северный полюс, так почему же северный полюс не может всегда указывать на солнце или планету с большим количеством металлов?
Магнитные силы @overlord ограничены рядом важных способов, не в последнюю очередь из-за того, что поле вокруг диполя падает пропорционально обратному кубу расстояния. Напряженность магнитного поля звезд и планет почти всегда довольно мала по сравнению с напряженностью их гравитационного поля.
(и теперь я прочитал об этом дальше, похоже, что магнитная сила между двумя диполями, такая как между звездой и планетой, обратно пропорциональна четвертой степени их разделения.)

Ответы (3)

Да, может, но не в нашей трехмерной вселенной (но это все равно не помечено как точная наука).

Возможно, лучше думать о вращении «в плоскости», а не «вокруг оси». Плоскость вращения имеет два измерения — вы не можете вписать в наше трехмерное пространство еще одну независимую плоскость вращения, вам не хватает одного дополнительного измерения.

Однако в 4D-пространстве у вас могут быть две независимые плоскости вращения и, следовательно, две оси вращения (это 2D-плоскости, а не 1D-линии), которые пересекаются в одной точке.

Я задал этот же вопрос в стеке физики. Ответ заключается в том, что тело может иметь только одну ось вращения . Ниже вставлена ​​ссылка на вопрос и ответ, который я выбрал.

https://physics.stackexchange.com/questions/322200/сколько-различных-осей-вращения-может-сосуществовать

В: У меня есть вопросы о ротации.

В космосе есть сфера. Я могу применить силу, чтобы заставить сферу вращаться вокруг центральной оси. Можно нарисовать бесконечное количество возможных центральных осей.

Могу ли я приложить силу, а затем другую силу, чтобы сфера вращалась вокруг двух разных центральных осей одновременно? Я думаю да....

О: Нет, это не так. Любое твердое тело в любой момент времени может вращаться только вокруг одной мгновенной оси вращения. Если вы приложите дополнительные крутящие моменты, эта ось может сместиться, но не бывает более одной оси вращения.

Итак, при этом, если тело асимметрично, как, скажем, деревянная плита, то вы можете думать о быстром вращении его вокруг своей длинной оси, а затем медленнее вокруг оси, ортогональной ей, но даже тогда это иллюзия: в любой момент блок совершает мгновенное вращение вокруг одной оси с необычным свойством, заключающимся в том, что эта ось меняет положение как по отношению к телу, так и по отношению к инерционной лабораторной раме.

Далее Эмилио приводит формулы углового момента и несколько примеров. Проголосуйте за его ответ!

Однако по внешнему виду можно предположить , что вращение происходит вокруг двух осей, если телу не хватает некоторой симметрии, например, если оно имеет форму колоды игральных карт или теннисной ракетки. теорема о теннисной ракетке или теорема о промежуточной оси . Когда такому объекту придается угловой импульс вокруг промежуточной оси, тело кувыркается вокруг как первой, так и третьей главных осей. Почему ваша ссылка Physics.stackexchange упоминает об этом только в одном комментарии, удивительно.
Было бы лучше спросить об этом на форуме астрономии, потому что они, вероятно, отметили бы важные исключения: 1) большинство астрономических тел не являются твердыми сферами (звезды, газовые планеты-гиганты, черные дыры) и 2) внешние силы, такие как спутники, другие планеты, звезды и т. д. могут вызывать вторичное вращение (например, вращение Земли). В некоторых случаях эти вторичные вращения могут быть довольно экстремальными (но, вероятно, не на пригодной для жизни планете).
@PieterGeerkens Я не уверен, что именно вы имеете в виду - теорема о промежуточной оси говорит только о том, что вращения вокруг оси промежуточного момента инерции нестабильны. Независимо от этого факта, вращение твердого тела может происходить только вокруг одной оси в трехмерном пространстве. Ось может меняться со временем, но тот факт, что в любой момент времени существует только одна ось, не имеет ничего общего с теоремой о промежуточной оси или вообще с механикой — это в значительной степени чистая математика. В частности, говорится, что любой неединичный элемент SO (3) имеет одномерное собственное пространство с собственным значением 1.
@elduderino: И для наблюдателя объект во многих случаях будет казаться вращающимся вокруг двух осей из-за вращательной нестабильности. Непрофессиональные наблюдатели заботятся о внешности, а не о математической теории. Попробуйте сами с колодой игральных карт — это действительно выглядит причудливо.
@PieterGeerkens А, я понимаю, о чем вы говорите - я просто был сбит с толку, потому что ответ, процитированный WillK, похоже, касается этого, поэтому я предположил, что вы говорите о чем-то другом. Но я вижу, как непрофессионал может объединить «изменяющуюся ось вращения» с «несколькими осями вращения», что, как я полагаю, является чем-то, жертвой которого, вероятно, стал ОП, когда задавал этот вопрос в первую очередь.

Да, оно может. И Земля (и любая планета) имеет! И даже еще 2 "оси", а не одна

Есть такое явление, которое называется « прецессия » и « нутация » .

Есть только одна ось вращения. Прецессия и нутация связаны с тем, как эта ось изменяется во времени в ответ на внешние силы. Однако, учитывая, что ОП на самом деле не после двух осей вращения, ваш ответ актуален.
Планета, подобная Урану, с осью вращения, приблизительно параллельной плоскости звездной системы, возможно, могла бы испытать прецессию, достаточно сильную, чтобы ось оставалась направленной на звезду. Это не было бы «приливной блокировкой», это было бы совпадением, и любое возмущение легко привело бы к его расхождению. Прецессия вызвана гравитационными приливными силами луны (луны) и звезды, прилагающими крутящий момент к экватору сплюснутого сфероида. Должны быть огромные приливные силы, и/или продолжительность года на планете должна быть очень большой.
Хорошим бонусным вопросом будет то, как быстро могут происходить прецессия и нутация.
При внешнем импульсе (как при гиростабилизации) прецессия может происходить с любой скоростью в зависимости от этого импульса (даже большей, чем скорость вращения). В случае звездных тел этот импульс возникает из-за гравитационных сил лун и других планет и обычно от тысяч до миллиардов раз меньше угловой скорости. Но для искусственных частных случаев (типа системы близнецов) она может быть в сотни раз меньше угловой скорости, т.е. около года. Нутации намного быстрее, но имеют гораздо меньшие амплитуды.
@Benjamin Это зависит от отношения инерции вращения тела к крутящему моменту, который вызывает прецессию / нутацию. Спутниковые орбиты, которые имеют низкую инерцию вращения по сравнению с крутящим моментом, прикладываемым к ним Солнцем и Луной, могут прецессировать достаточно быстро, чтобы быть солнечно-синхронными: одна полная прецессия в год, что позволяет орбите оставаться неизменной относительно Земли и солнце. (Очень полезно разместить низкоорбитальный спутник под вечным солнечным светом!) Однако для почти сферических тел, таких как планеты, отношение крутящего момента к инерции вращения намного, намного хуже.
Могут ли планетарные тела иметь вторую ось вращения?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v