Могут ли три планеты так вращаться вокруг друг друга?

Мне было интересно, могут ли три планеты вращаться вокруг друг друга так, чтобы:

  • Две планеты меньше и вращаются друг вокруг друга

  • Обе меньшие планеты вращаются вокруг другой, большей планеты.

Это немного сложно объяснить, поэтому я сделал (низкокачественную, просто иллюстрацию, используя Меркурий, Венеру и Землю, как планеты) анимацию, используя GIMP и Blender:

Орбита

Возможно ли это (не совсем так, как в анимации, конечно)?

Если это возможно, я буду впечатлен. Еще больше впечатлен, если я смогу понять механику, стоящую за этим.
Это похоже на ту же основную концепцию, что и Moons of Moons of Moons .
Соответствующее чтение в Википедии: задача трех тел . «Исторически первой конкретной задачей трех тел, получившей расширенное изучение, была задача, касающаяся Луны , Земли и Солнца » . центральная звезда.
Солнце, Плутон и Харон образуют такую ​​систему из трех тел.
большой — солнце, средний — земля, маленький — луна.
@NexTerren Это просто гравитация. Рассчитайте силу гравитации между каждой парой объектов. F = г*м1*м2 / д^2
Helliconia Брайана Олдиса использовала подобную систему. Один большой сверхгигант по имени Фрейр захватил меньшую солнечную систему со звездой по имени Баталикс и планетой по имени Гелликония.
Когда-то, играя на тренажере 3body, я обнаружил, что гораздо проще получить устойчивость, если два движения — двух меньших тел относительно друг друга и пары относительно большего тела — имеют противоположный смысл.
Таким образом, может ли у вас быть тринарная звездная система?

Ответы (7)

Теоретически да, это возможно . На практике с этим можно было бы столкнуться редко, просто потому, что законы природы могут быть непостоянными и несколько непредсказуемыми. Я назову планету, показанную в вашей анимации, Землей как PB1 (Планетарное тело 1). Я также собираюсь назвать Марс одним PB2, а Луну одним PB3.

Однако есть несколько важных моментов:

  • Предел Роша : Короче говоря, предел Роша описывает, насколько близко могут подойти две планеты, прежде чем гравитационные силы разорвут одну или другую на части. Очевидно, это в основном относится к PB2 и PB3, но также относится к PB1 и парной системе PB2+PB3.
  • Расстояние между PB1 и PB2+PB3 должно быть достаточно большим, чтобы PB2+PB3 оставались на своих орбитах друг вокруг друга. Это позволяет говорить о том, что система ТВ2+ТВ3 действует как одно большое планетарное тело. Я назову эту гипотетическую планету равной массы "J".
  • Как только система «J» окажется достаточно далеко, систему PB1+J можно смоделировать так же, как любую планету со спутником. На самом деле, J может быть массивнее, чем PB1, это просто зависит от того, как вам нравится вашбутербродыпланетные системы. Это означает, что с точки зрения массы может случиться PB3=PB1>PB2. PB2>PB3>PB1 также может произойти. Однако, судя по вашей анимации, вы смотрите на PB1=J.

Вы можете пошалить с планетарным орбитальным симулятором, вроде того, что здесь , или здесь , или здесь , чтобы узнать, насколько сложно его настроить. (Еще сложнее настроить, скажем, подковообразную орбиту .)

Cem Kalyoncu повозился со вторым симулятором и нашел несколько хороших настроек для вашей планетарной системы:

PB1: Масса: 200, Местоположение: 150, 0, Скорость: 0, 133

PB2: Масса: 100, Местоположение: -100, 0, Скорость: 0, -105

PB3: Масса: 100, Местоположение: -50, 0, Скорость: 0, 105

Спасибо, Джем Калёнку!

Мне удалось получить что-то похожее на то, что описано в вопросе, используя второй симулятор. PB1 20 (масса) 0, 0 (расположение), 0, -1 скорость. ПБ2 10 133, 0, -8, 43 ПБ 3: 10, 166, 0 -5, 79
Гораздо лучше: PB1: 200, 150, 0, 0, 130; ПБ2: 100, -100, 0, 0, -80, ПБ3: 100, -50, 0, 0, 80
Если PB1 = PB2 + PB3, система не может быть полностью круговой. Если PB1 < PB2 + PB3, орбита P1 будет больше, чем орбита двух других. На самом деле, если PB2+PB3 = PB1 * 2, это будет ровно вдвое больше, чем PB2 и PB3.
@CemKalyoncu Очень приятно!
Мне понравился этот симулятор, увеличение скорости PB2 и PB3 до 105 и PB1 до 133 сделало бы систему (почти) идеальной. Предыдущие также стабильны, но новый будет испытывать меньшие приливные силы.
Лол, система PB+J звучит довольно аппетитно.
lol Скажи честно, ты использовал PB+J как каламбур для вкусной закуски?
@DevNull Да. Это был мой обед. Я даже подумывал назвать их «сливочными, хрустящими и натуральными», но подумал, что это уже слишком.
Если PB2 и PB3 имеют одинаковый размер, это запрещено; вместо этого вы получите подковообразную орбиту. Дело не в том, что вы не можете их разместить, просто они не могут так сформироваться. Если, конечно, вам не нужны модели с молодой землей.
Да, я зашел только для того, чтобы добавить +1 к каламбуру. Это мой джем.
Самореклама, но я сделал еще один планетарный симулятор: vihan.org/p/SSS
О нет, теперь я собираюсь провести весь день, заставляя вещи вращаться друг вокруг друга.
Хорошо, что наша Вселенная, вероятно, бесконечна, поэтому все, что может работать, вероятно, действительно существует (вероятно, это 2 в одном предложении, так что я, вероятно, ошибаюсь)
@Rigop Просто помните, у вас может быть бесконечное количество яблок и не быть ни одного апельсина. ;)
Я думаю, что этот ответ можно было бы улучшить с помощью краткого обсуждения стабильности такой системы, которая также важна для людей, пытающихся взаимодействовать с ними/искать/жить в них.
Я не думаю, что ограничение Роша сработает, если PB2 и PB# будут примерно одинакового размера и плотности. Когда я некоторое время назад размышлял над числами в уравнении предела Роша для идентичных тел, я вспомнил, что предел Роша для идентичных тел меньше, чем радиус самих тел.

Это вполне правдоподобно, хотя и с гораздо большими расстояниями, чем вы показываете в анимации. Вы можете легко иметь два тела, вращающихся вокруг друг друга в космосе. Теперь возьмите одно из этих тел и превратите его в два тела на гораздо меньшей орбите. Это работает до тех пор, пока два меньших тела находятся достаточно близко, чтобы их взаимное притяжение было намного сильнее, чем притяжение другого, удаленного тела. (С технической точки зрения это означает, что бинарная планета должна оставаться внутри сферы Хилла).

Изюминка: есть много мелких технических проблем, таких как приливы, но в принципе это вполне правдоподобно.

Это в основном аналогично множественным звездным системам, которые, как правило, устроены иерархически, где любая звезда гораздо ближе к своему ближайшему компаньону, чем к любой другой звезде. Если вам интересно, я создал пару поддельных систем в этой форме. Смотрите здесь и здесь .

«есть много мелких технических проблем» — орбитальные симуляторы особенно полезны, потому что они помогают выяснить, не накапливаются ли какие-либо из этих небольших технических проблем с течением времени, и иногда выбрасывают одно из ваших трех тел из системы с огромной скоростью. ;-)
"Орбитальные симуляции" - моя повседневная работа ;) obs.u-bordeaux1.fr/e3arths/raymond
Я думаю, что этот ответ можно было бы улучшить с помощью краткого обсуждения стабильности такой системы, которая также важна для людей, пытающихся взаимодействовать с ними/искать/жить в них.

Довольно легко концептуально убедить себя, что это возможно. Просто замените самую большую планету на Солнце, среднюю на Землю, а самую маленькую на Луну, и вы получите ту же настройку.

В звездах, планетах и ​​лунах нет ничего особенного, поскольку это относится к тому, как вещи вращаются друг вокруг друга. Просто два меньших тела не будут планетами по определению, потому что они вращаются вокруг другой планеты. Они оба луны.

Ваш сценарий не очень вероятен, потому что для того, чтобы меньшие тела устойчиво вращались вокруг друг друга, они должны быть достаточно далеко от большей планеты. Но это делает их менее привязанными к ней и более вероятно, что их побеспокоит что-то еще, например, близлежащая планета или просто центральная звезда.

Я не думаю, что это правда, после внесения предложенных вами замен анимация выше показала бы солнце и землю с луной на одном и том же обороте. Кроме того, он показывает землю с ее луной на одном и том же обороте. Ни одна из этих вещей не имеет место в нашей Солнечной системе. Земля вращается вокруг солнца, а луна вращается вокруг земли не на одном и том же пути вращения.
@John «Земля вращается вокруг солнца, а луна вращается вокруг земли, и они не находятся на одном и том же пути вращения». -- Извините, я действительно не понимаю, что вы пытаетесь сказать. Несомненно, Земля и Луна вместе вращаются вокруг Солнца.
@Джон, я не понимаю, что ты имеешь в виду. На исходной схеме 3 тела. Два меньших вместе вращаются вокруг большего, а самый маленький также вращается вокруг среднего. Это точно такая же система, как и система Солнце-Земля-Луна, только то, что посередине, не каменистое. Что вы пытаетесь сказать, когда пишете «не на одном революционном пути»? Если вы имеете в виду орбиту, то на самом деле не существует такой вещи, как единственный путь, которым следует Земля. Луна постоянно перемещает его, так что это не гладкий эллипс.
Я просто упомянул о том, что на изображении выше показано плавное вращение, когда Луна и Земля вращаются вокруг точки, как если бы их траектория вращения была близка к кругу вокруг этой точки. Я согласен с тем, что Луна будет немного притягивать Землю, но для того, чтобы совершить оборот по близкому кругу, два тела в меньшем обороте должны быть очень близки по размеру.

Используя второй симулятор , упомянутый в принятом ответе, я придумал следующее:

__

Эта настройка была такой, как того хотела ОП, и она была стабильной так долго, что мой компьютер разрядился, даже при переключении в самый быстрый режим.

Я думаю, что этот ответ можно было бы улучшить с помощью краткого обсуждения стабильности такой системы, которая также важна для людей, пытающихся взаимодействовать с ними/искать/жить в них.

Поигравшись с предложенным выше симулятором , я получил желаемую конфигурацию со следующим:

Тело 1 - Масса 200, положение: x=0, y=0, скорость: x=0, y=-1
Тело 2 - Масса 50, положение: x=110, y=0, скорость: x=0, y= 140
Тело 3 - Масса 0,001, положение x=125, y=0, скорость: x=0, y=305

Это было стабильно в течение очень, очень долгого времени. Должен быть в состоянии заставить его вращаться вокруг очень, очень массивной звезды без особых головных болей.

Я проверил это, и кажется, что body[3].velocity.yдолжно быть 31 вместо 305, чтобы заставить его работать.
На самом деле предустановка «Double double» из этого симулятора уже работает.
Я думаю, что этот ответ будет улучшен с некоторым объяснением того, что вы подразумеваете под «очень, очень долго». Миллионы лет могли бы быть велики для аванпоста или остановки галактической империи; не так уж велика для независимо развившейся жизни?

Ну да.

Например, наше Солнце, Земля и Луна.

Всего 3 объекта, а в описанной ситуации их 4 (подразумеваемая звезда — четвертая). Не совсем то же самое.

Я не уверен, что это именно то, к чему вы стремитесь, но посмотрите, как Плутон и Харон взаимодействуют со спутниками Плутона:

https://en.wikipedia.org/wiki/Луны_Плутона