Системы Лагранжа: каков диапазон масс газового гиганта, если я хочу поместить планету земного типа на L4 и L5

Я хочу создать трехмировую лагранжевую систему вокруг аналоговой звезды Солнца, которая включает в себя 1 газового гиганта и 2 земных мира с большими лунами. Я хочу, чтобы земные миры имели гравитацию, аналогичную земной (около 80-120% земной гравитации), а также могли поддерживать жидкую воду и жизнь на основе углерода, луны могут варьироваться от массы Цереры до массы Марса для сейчас.

Мой вопрос в том, насколько большим должен быть газовый гигант, чтобы поддерживать 2 из этих систем на L4 и L5?

Прямо сейчас я в безопасности и иду на суперюпитеры, но, поскольку я также хочу газового гиганта, который может поддерживать обитаемую луну, я боюсь, что что-то с массой и магнитным полем Юпитера может быть просто враждебным для жизни, на мой вкус. , поэтому я действительно хочу найти минимальную массу газового гиганта, которая может поддерживать систему такого типа.

Чтобы решить некоторые из перечисленных проблем:

Во-первых, форма орбиты газового гиганта. Он должен быть достаточно близко к звезде, чтобы поддерживать жидкую воду, и не может отклоняться от этой зоны вокруг звезды. Для простоты он имеет примерно круглую форму, у него будет сверхнизкий эксцентриситет, а перицентр и апоцентр расположены относительно близко друг к другу.

Во-вторых, не беспокойтесь о том, могла ли эта система образоваться за миллионы миллионов лет. Проще говоря, эта система создана автором, и нет необходимости в естественном объяснении того, как она могла образоваться. Так оно и родилось, можно сказать. Точно так же период стабильности не обязательно должен быть долгим, хотя я хотел бы, чтобы он естественным образом оставался стабильным на протяжении многих миллионов лет просто потому, что мне не нужен удаленный большой объект, например, другая звезда меньше 1/2. в световом году от его уничтожения. Если это имеет значение, простой контекст заключается в том, что он является частью четырех-пятизвездочной системы. Я говорю «четыре/пять», потому что на самом деле это четырехзвездная система, но маленький красный карлик находится на пути столкновения с удаленной подсистемой четырехзвездной системы и вступит в контакт примерно через 16 000 лет. Для структуры системы, если это имеет значение. У нас есть аналоговая подсистема Солнечной системы с одной звездой далеко от подсистемы s-типа с двумя подсистемами внутри нее, одна из подсистем является двухзвездной p-типа, а другая имеет одну звезду.

В основном: Y-*. Если это не имеет смысла, «Y» — это большая подсистема, а «*» — маленькая подсистема, «-» — это символ, показывающий, что эти две подсистемы связаны. Обсуждаемая нами подсистема — это подсистема «*», система P-типа представлена ​​«V» частью «Y», а малая суперподсистема — это «l» часть «Y». Мы обсуждаем малую подсистему, которая обозначена на диаграмме знаком «*».

Если включена пятая звезда, у нас есть (не в масштабе) эта диаграмма: > Y-*, которая в основном говорит вам, что встречная звезда находится на противоположной стороне системы, чем маленькая подсистема, о которой мы говорим. Работает ли эта структура, по общему признанию, это отдельный вопрос, но я не буду вдаваться в это.

Что касается стабильности этой системы, я хочу, чтобы она была достаточно стабильной, чтобы гравитационные силы с расстояния около 6600 астрономических единиц не разрушили эту чертову штуку в кратчайшие сроки. Мы надеемся, что в таких условиях система должна просуществовать около 24 000 лет, потому что именно столько длится история. Проще говоря, не обязательно должна быть система, достаточно устойчивая для развития жизни, потому что жизнь помещается туда искусственно.

В настоящее время у меня нет времени решать остальные проблемы, но я посмотрю, есть ли что-то еще, что мне нужно решить позже.

На миллионы лет? За несколько миллиардов? Что тебе здесь нужно?
Согласно From orbitsimulator.com/formulas/LagrangePointFinder.html , «Объекты, размещенные на L4 и L5, при заданной правильной скорости будут оставаться там неопределенно долго, пока первичный объект по крайней мере примерно в 25 раз массивнее вторичного объекта». Не уверен, верно ли это, если вторичная масса в 25 раз превышает общую массу объектов L4 и L5, или что... В любом случае, 25-кратная масса одной из планет L4/L5, вероятно, является нижней границей.
@Matthew Это, возможно, будет справедливо для систем без возмущения другими планетами в системе или луной вокруг газового гиганта, о котором говорил ОП. Также не была указана форма орбиты газового гиганта, даже хорошие круговые расчеты задачи пяти тел - ну, нет точных решений. Увы, у нас нет доступа к суперкомпьютеру.
Основная проблема с этим на самом деле не в стабильности точек Лагранжа, а в том, что все, что мы знаем о формировании планет, указывает на то, что вы не можете сформировать несколько планет на одном и том же орбитальном пути, независимо от их относительных размеров. В нормальных условиях в этих точках Лагранжа никогда не образовалась бы планета, вся эта масса была бы сметена газовым гигантом во время его формирования.
@MorrisTheCat, на самом деле я только что подумал о том же. Кажется невероятным, чтобы такая система могла возникнуть естественным путем . Однако ОП не указал это как требование...
@MorrisTheCat Планеты не образовались бы на месте, но в этом нет необходимости. Орбиты могут быть нарушены, поэтому мы наблюдаем экзопланеты типа горячего Юпитера на очень близких орбитах вокруг своей звезды (слишком близко, чтобы там образоваться). Та же самая орбитальная миграция может привести к тому, что газовый гигант и небольшая каменистая планета окажутся в непосредственной близости, а меньшая поселится в L4. Это вряд ли будет стабильным в масштабе нескольких сотен миллионов лет, но в этом масштабе даже наша Солнечная система имеет значительную неопределенность.

Ответы (2)

И этот сайт , и Википедия утверждают, что L4 и L5 стабильны при массе, примерно в 25 раз превышающей массу вторичного компонента. Поскольку вес старого доброго Юпитера составляет около 318 масс Земли . Поскольку а) 318 более чем в 10 раз больше, чем 25, и б) L4/L5 далеки от спутников, вращающихся вокруг вторичного, я должен предположить, что, если эти точки вообще стабильны (и я думаю, что они были бы, если бы вы хотите «обмануть» и не иметь других планет в системе), тогда вполне вероятно, что две планеты с массой Земли могут находиться на L4 и L5 планеты с «просто» юпитерианской массой ... или даже меньше; не нужен "Супер-Юпитер".

Как отмечает Моника , у меня нет суперкомпьютера¹, чтобы доказать это, но и у вашей аудитории тоже не будет. Следовательно, мой «официальный» ответ заключается в том, что это, по-видимому, проходит тест на «разумное приостановление недоверия».

(¹ TBH, я не уверен, как суперкомпьютер поможет . )

Суперкомпьютеры (о которых я говорил) предназначены для моделирования хаотических систем, т.е. те, которые нелегко поддаются анализу с помощью классических уравнений движения, например. погодные системы, планетарное движение более 2-х тел . +1
...но дискретная симуляция трех тел не требует суперкомпьютера. Вы можете возразить, что мои временные шаги должны быть настолько малы, чтобы скорость моей симуляции начала приближаться к реальному времени, но я не знаю, как масштабировать такую ​​симуляцию, если только мы не говорим о необходимости симуляции N тел для N, превышающего дюжина или около того. Да, суперкомпьютеры отлично подходят для симуляций, включающих тысячи (или более) элементов, таких как, например, симуляции жидкости. Если вы не симулируете астероиды , я не знаю навскидку, как орбитальная симуляция будет распараллелена. Это было моей точкой зрения.
Что ж, я думаю, что все мои комментарии указывают на первый (без ответа ОП) комментарий о сроках стабильности системы. Крошечные приращения нестабильности со временем накапливаются. Вопрос должен быть более ясным. (Кстати, как оказалось, это как минимум система из семи тел) Миллионы лет или миллиарды по-прежнему будут моей проблемой.
Конечно, но высококлассная разогнанная игровая установка может работать всего на 7 тел быстрее, чем самый большой (по крайней мере, на базе x86!) суперкомпьютер. Наивная симуляция просто не масштабируется. (Но, может быть, вы знаете другой подход, который работает ?)
Если бы мы смоделировали это, можно предположить, что цель состояла бы в том, чтобы как можно быстрее определить, есть ли какие-либо ранние признаки долгосрочной нестабильности, а не пытаться определить, что на самом деле произойдет через миллиарды лет. Поскольку мы имеем дело с системой, которая, как мы ожидаем, останется относительно статической, т. е. с различными телами, сохраняющими более или менее постоянные относительные положения, в отличие от общей задачи трех тел с хаотическими орбитами, не должно быть трудно определить, если он начинает разваливаться.
Да, я понимаю. Возможно, ОП должен просто написать свою историю, предполагая, что такая система может быть стабильной (с параметрами, которые вы указали), и оставить любые вопросы относительно долгосрочной стабильности и происхождения Солнечной системы загадкой. (Я подозреваю, что большинство людей читают книги для истории - как и я - а не для строгости триллионов итераций какой-то модели).
Re ".. но и ваша аудитория не будет", хотите поспорить?
@jamesqf, кто-то, вероятно, будет, но, скорее всего, не будет...

способный поддерживать жидкую воду и жизнь на основе углерода

Что ж, я вижу у вас проблему... примерно от 240 000 до 160 000 проблем.

Эти проблемы - трояны , астероиды, которые уже собираются в точках L4 и L5 планет. У троянцев меньше крупных астероидов, чем у поясов астероидов, предположительно из-за столкновений между ними.

Планета, вероятно, выживет как планета. Однако, вероятно, пройдет гораздо больше времени, прежде чем он станет обитаемым.

Я не уверен, что это правда. Наличие (меньшей) планеты в точке (точках) L4/L5 приведет к тому, что любой мусор в этой области будет очень быстро сталкиваться с планетой, после чего у вас перестанут быть там астероиды. Если вы не предлагаете какую-то причину, по которой к L4/L5 будет притягиваться больше новых астероидов, чем к планете на другой орбите?