Прежде чем мы начнем, эта система создана инопланетянами, и все орбиты находятся в одной плоскости. Эти орбиты похожи на земные по форме. Таким образом, ничто из этого не должно происходить естественным путем, оно просто должно быть стабильным в течение периода времени, примерно равного тому, сколько будет существовать наша Солнечная система. (И я знаю, что солнце не проживет так долго.)
Во-первых, Солнце размером с наше и во всех отношениях идентично. В обитаемой зоне этой звезды находится планета размером с Марс. На внешнем краю обитаемой зоны находится бинарная пара, которую вы можете представить себе как земные клоны, вращающиеся вокруг друг друга на расстоянии 3 миллионов миль. Непосредственно между бинарной парой планет и марсоподобной планетой находится вторая бинарная пара планет, идентичных тем, что находятся на краю обитаемой зоны.
Будет ли эта система стабильной? Будут ли планеты в бинарных парах слишком далеко друг от друга? Будут ли разные тела в Солнечной системе нарушать орбиты друг друга? Перестанет ли жизнь, которую мы знаем, существовать?
Вы можете разделить это на две проблемы:
Рассматривайте бинарные планеты как единую планету с объединенной массой обеих и смотрите, стабильна ли планетарная конфигурация - что, вероятно, верно только в течение того периода времени, о котором вы говорите, если нет внешних событий, которые возмущают какую-либо из планет. в вашей системе. Наша собственная Солнечная система, вероятно, была стабильной всего несколько 100 миллионов лет или около того — последнее крупное столкновение с Землей произошло 65 млн лет назад, но до этого не было ни одного (о котором мы знаем) довольно долгое время. Столкновения с другими планетами происходили вплоть до наших дней. (например, Шумейкер-Леви на Юпитере).
Если ваши инопланетяне не удалят все астероиды и кометы, стабильная солнечная система в течение ожидаемого вами периода времени будет практически невозможна.
На более базовом уровне, будут ли бинарные пары влиять на своих соседей настолько, чтобы нарушить их орбиты, просто существуя? Пригодная для жизни зона Солнца оценивается от орбиты Венеры до орбиты Цереры ( источник ), поэтому кажется, что у вас достаточно места, чтобы поиграть с тремя наборами планет там, где вы хотите.
Стабильны ли бинарные пары? Они слишком близко друг к другу, чтобы начать с? Учитывая, что Луна находится на расстоянии 384 400 км от Земли и составляет 1/6 размера , 4,82 млн км кажутся немного далекими друг от друга. Вы увеличиваете расстояние в 12 раз, так что это перевешивает 6-кратное увеличение массы. Планеты могут быть недостаточно близки, чтобы оставаться вместе в течение длительного времени.
Планеты со временем будут отдаляться друг от друга так же, как Луна отдаляется от Земли, поэтому вам нужно, чтобы они находились достаточно близко друг к другу на протяжении «жизни» вашей системы. Кроме того, они станут приливно-запертыми друг с другом, так что в конечном итоге они повернутся друг к другу одним лицом, точно так же, как Луна всегда смотрит на Землю одним и тем же лицом.
Кроме того, точно круговые орбиты, вероятно, будут более редкими и менее стабильными, чем слегка эллиптические орбиты, поэтому я бы отказался от этого требования.
Вопрос о том, устойчива ли данная небесная система из шести тел в данной конфигурации, является вопросом исследовательского уровня в области математики, называемой динамическими системами. Если бы я мог точно ответить на ваш вопрос, опираясь на математические доказательства, я, вероятно, смог бы опубликовать пару научных статей, основанных на моей работе. Возможно, даже книгу. Но я могу сказать вам, что ответ, вероятно, будет: нет.
Причина этого в том, что гравитационная динамика представляет собой хаотическую систему. Это означает, что крошечные изменения в начальных условиях системы приводят к значительным изменениям в результате. Любая система с более чем двумя телами хаотична. Даже наша собственная солнечная система хаотична; посмотреть эту страницу. На протяжении человеческой жизни или даже всего человечества кажется, что наша Солнечная система неизменна. Планеты сохраняют свои орбиты, и кажется, что так будет всегда. Но на самом деле этот временной отрезок крошечный по сравнению с возрастом Солнечной системы и еще меньше по сравнению с одним триллионом лет. Даже с помощью самых точных измерений и тщательных расчетов мы не можем предсказать, как будет выглядеть Солнечная система даже через миллиард лет, т.е. 0,1% вашего временного отрезка. Практически невозможно найти устойчивую орбиту с тремя телами, а с шестью телами еще сложнее. Даже если ваша система стабильна, малейшее изменение (например, прохождение звезды в пределах нескольких световых лет от системы) нарушит стабильность на временной шкале в триллион лет.
РЕДАКТИРОВАТЬ: Поскольку вы изменили временную шкалу проблемы, я дополню свой ответ, которого по-прежнему нет. Наша собственная солнечная система нестабильна, и поэтому я сомневаюсь, что ваша несколько более сложная система будет стабильной. При этом стабильность орбитальной системы является очень строгим и строго определенным условием, и это не то, что большинство людей имеет в виду, говоря о стабильности. Если вы имеете в виду, что «описание орбит, которое я дал, остается в силе в течение нескольких миллиардов лет», это гораздо менее строгое условие, которое меняет ответ на «вероятно, нет». Несколько миллиардов лет — это еще долго. Время Ляпунова — это шкала времени, на которой система ведет себя предсказуемым образом. Ляпуновское время для нашей Солнечной системы составляет около 50 миллионов лет. Это означает, что мы совершенно не представляем, как будет выглядеть наша Солнечная система через 50 миллионов лет. И нет оснований ожидать, что она будет выглядеть так, как сейчас. Ваша система, вероятно, имеет такое же время Ляпунова, так что, хотя она может быть прекрасной в течение нескольких миллионов лет, она, вероятно, превратится в хаос задолго до того, как вы достигнете отметки в миллиард лет.
Эта установка полностью стабильна с точки зрения орбит вокруг звезды. Сама обитаемая зона (которая не очень четко определена) простирается примерно от 0,9 до где-то между 1,5-2,5 а.е. Расстояние между планетами определяется так называемым радиусом Хилла: RH = a (mp/Mstar)^1/3, где a — радиус орбиты, mp — масса планеты, а Mstar — масса звезды. Орбиты планет должны быть разделены не менее чем на ~8-10 RH, чтобы быть стабильными. Это означает, что вы можете разместить около 6-8 стабильных орбит планет с массой Земли в обитаемой зоне. Итак, для вашей установки с 3 орбитами это совершенно стабильно.
Что касается бинарной планеты, то она нестабильна. Двойные планеты в целом абсолютно стабильны (см. примеры Земля-Луна, Плутон-Харон). Но их орбиты должны быть достаточно близкими, чтобы их не разорвало на части. Критерием устойчивости является то, что их орбиты должны быть меньше примерно половины радиуса Хилла (для прямых орбит, больше для ретроградных). Радиус земного холма составляет около 0,01 а.е. Ваши бинарные Земли немного дальше, скажем, около 2 астрономических единиц. Это означает, что относительная влажность составляет 0,02 а.е. Однако 3 миллиона миль составляют около 0,03 а.е. Вам нужно сократить это расстояние в 3 или более раз, чтобы оно оставалось стабильным — если только вы не хотите вызывать ретроградную орбиту для бинарных планет, и в этом случае вам просто нужно сократить расстояние вдвое.
К вашему сведению, я астрофизик, изучаю орбитальную динамику. Я также широко освещал эту тему в своем блоге. Вот несколько соответствующих сообщений:
Луны/двойные Земли: https://planetplanet.net/2014/05/22/building-the-ultimate-solar-system-part-4-two-ninja-moves-moons-and-co-orbital-planets/
Собираем части вместе, чтобы разместить как можно больше планет в
обитаемой зоне:
https://planetplanet.net/2014/05/23/building-the-ultimate-solar-system-part-5-putting-the-pieces-together /
HDE 226868
Ксандар Зенон