Сколько «рекурсивных» гравитационных орбит возможно?

Звездные системы.

Для этого уже есть слово Иерархия, описанное здесь . Самый большой признанный - 4, но это может быть нестабильным. Самая большая из известных стабильных систем состоит из 3 иерархий, и когда формируются звездные системы, они могут иметь 7, 8 или 9 звезд и, возможно, более 4 иерархий, но эти системы имеют тенденцию быть нестабильными. Я думаю, что ваш вопрос имеет смысл только со стабильными орбитами, поэтому 3 может быть пределом, просто глядя на звезды, может быть, 4.

Галактики

Галактики могут вращаться вокруг других галактик. 2 карликовые галактики вращаются вокруг Млечного пути .

Наша местная группа галактик вращается вокруг большей группы? Любая локальная группа вращается вокруг другой, более крупной? Нет никаких доказательств того, что это так. Вопрос об этом здесь, и существуют ограничения на то, насколько далеко могут быть расширены орбиты галактик и локальных групп из-за того, что гравитация падает на квадрат расстояния, а пространство настолько пусто и расширяется. Я не вижу логической причины, по которой галактика, подобная нашему Млечному Пути, не могла бы вращаться вокруг Андромеды (а не врезаться в нее), но это чисто теоретически. Когда вы попадаете в локальные группы, вращающиеся вокруг чего-то, и являющиеся не просто системой N тел, а орбитой, это становится более запутанным, и вы будете говорить об орбитах с периодом в десятки, если не сотни миллионов лет. Как догадка, я собираюсь ограничить иерархию орбит галактик до 3. Карликовая галактика вокруг спиральной галактики, вокруг большей галактики или скопления галактик. - Ограничение 3 - это своего рода предположение с моей стороны. Я также думаю, что это своего рода уродливая часть вопроса. Да, Галактики могут вращаться вокруг других галактик,

Звезды, очевидно, вращаются внутри галактики, но их орбиты толкаются другими звездами, иногда они даже выбрасываются или их орбиты могут заметно измениться. Это больше похоже на вращение внутри, а не вокруг.

Планеты и Луны.

Есть проблема, которую нам нужно решить в первую очередь, и это тип звездной системы, вокруг которой вращаются планеты.

Если две звезды вращаются близко друг к другу, очень сложно устроить планету вокруг одной из этих звезд. (Возможно, чтобы планета вращалась вокруг обеих звезд), но следующий оборот можно считать только один раз, если планета вращается вокруг обеих звезд.

См. схему

Источник .

Итак, нам нужен «другой вид», а не «обходной».

И для того, чтобы у «другого вида» были планеты с лунами, вам нужно изрядное расстояние между звездами, поэтому наследственные 3 или 4 звездные системы, нам нужно поближе взглянуть на внешние звезды в этой системе, чтобы увидеть если есть место для планет и лун. Близкого двоичного кода не было бы.

Итак, у этого процесса есть естественное ограничение. Когда объекты на орбите подходят слишком близко, существуют ограничения на количество уровней орбит, которые вы можете пройти, сохраняя при этом стабильность.

Лунам очень трудно иметь луны.В нашей Солнечной системе нет известных случаев, когда у Лун есть Луны. Есть случаи, когда астероиды вращаются вокруг астероидов, но нет известных случаев, когда астероиды вращаются вокруг лун, хотя луны в среднем немного больше. Частично это может быть связано с тем, что у нас нет достаточно хороших телескопов, чтобы видеть, но есть и причины, по которым это сложно. Три или более систем организма имеют тенденцию к нестабильности, и приливные силы могут нарушить работу таких систем. Кроме того, сфера влияния становится довольно малой для небольших объектов, обращающихся вокруг значительно более массивных. В дополнение к малой сфере влияния, возмущения растут с более чем одним гравитационным объектом поблизости. Земная Луна, например, возмущается Солнцем и не является гравитационно гладкой, поэтому орбиты вокруг нашей Луны довольно нестабильны в долгосрочной перспективе, они невозможны.

Чтобы у луны была луна, полезно, если планета находится достаточно далеко от ее солнца, и помогает, если Луна находится достаточно далеко от ее планеты, чтобы избежать приливных сил, стягивающих два объекта вместе. Планета X, например, может иметь луну, у которой есть луна, потому что она так далеко от солнца, что это почти как мини-солнечная система. Плутон довольно мал, но гравитационно он похож на собственную двойную систему. Расстояние помогает, но даже Плутон-Харон имеет только 1 иерархию спутников.

Таким образом, существуют практические пределы того, сколько орбит вокруг орбит вы можете построить, и чтобы они были достаточно стабильными в долгосрочной перспективе, потому что вам нужно значительное пространство и, по большей части, пара порядков между массой каждой объект.

Если бы я предположил, что если мы скажем 3 для орбит галактик, 1 для системы вокруг галактики, 3 для звезд, а затем планета, Луна и луна вокруг Луны, это было бы 10 слоев орбит, и это, вероятно, было бы довольно редко, так как 3-звездочная иерархия с достаточным пространством, чтобы иметь планету, луну, луну, немного натянута. Это было бы моим предположением в качестве внешнего предела.

Теперь, на практике, если вы хотите построить свои собственные орбиты в глуши, вы могли бы подняться выше, но, учитывая природу галактик, я думаю, что 10 порядков орбиты — это максимально возможное расстояние, и что может быть даже слишком высоким. Может быть 9 или даже 8.

Поскольку экзолуна никогда не наблюдалась (системы Экзо-Кольца наблюдались), и я не уверен, наблюдались ли когда-либо какие-либо планеты в звездных системах с 3 или более иерархическими звездами, я думаю, что наблюдаемый предел слоев орбит довольно велик. немного меньше, чем мой расчетный предел.

Другие ответы хорошо касаются масштаба увеличения размера. Этот ответ содержит подробную информацию о масштабе уменьшения размера. Нет никаких известных случаев лун, имеющих луны в Солнечной системе. Две ключевые вещи мешают лунам, имеющим лунные лунки, иметь еще меньшие лунные лунки (и т. д.).

Одной из проблем является постоянно уменьшающийся объем, окружающий объект, орбиты вокруг которого стабильны. Один из способов выразить этот объем — через сферу Хилла . который дает грубую оценку объема, окружающего объект, орбиты вокруг которого стабильны. По мере уменьшения масштаба сфера Хилла в конечном итоге станет меньше самой Луны.

Другая проблема заключается в том, что маленькие объекты имеют тенденцию быть менее круглыми, чем более крупные. Мимас диаметром около 400 км является самым маленьким объектом в Солнечной системе, скругленным за счет самогравитации. Меньшие объекты больше похожи на комковатую картофелину, чем на сферу. Это приводит к несферическому гравитационному полю. Даже объекты размером с нашу Луну имеют значительно несферическое гравитационное поле. Это означает, что орбиты вблизи нашей Луны будут нестабильны. Например, прочитайте о случае с причудливыми лунными орбитами, от которых пострадали субспутники PFS-1 и PFS-2, выпущенные Аполлоном 15 и 16.

Есть несколько звездных систем. Мы можем начать с этого как с идеального случая. Алгол представляет собой тройную звездную систему с двумя телами на узкой орбите и еще одной звездой дальше. Еще более интересна недавно обнаруженная четверная звездная система HD98800 с парой близких по орбите звезд на большей орбите. Это относительно устойчивые системы. Малое возмущение дипольных колебаний пар ниже критерия хаоса в КАМ-теории. Вам придется поискать КАМ (Колмогорова-Арнольда-Мозера) теорию проколотых торов в фазовом пространстве. Это длинная и сложная теорема.

Может ли это в принципе продолжаться в рамках Ньютона? У меня возникло бы искушение сказать да, но это работает своего рода схема масштабирования ренормализации в теории КАМ. Другими словами, могут ли две звезды в каждой из этих пар в четверной системе состоять из двух звезд. Это приведет к последовательности$4~\rightarrow~8~\rightarrow~16~\dots$. Фазовое пространство удваивается в размерности, как и торы движения. Таким образом, это, по-видимому, ставит своего рода условие ренормализационной группы потока, подобное задачам с турбулентными водоворотами, у которых есть субвихри, и так далее в гидродинамике. Это была бы очень трудная проблема для работы, и она легко стоила бы темы докторской диссертации.

Продолжается ли природа бесконечно? Это вместо чистой математики. Крупнейшими гравитационно связанными системами являются сверхскопления галактик. Млечный Путь находится в сверхскоплении Девы. Ниже расположены галактические скопления, в локальной группе находится Млечный Путь. Затем идут галактики, гравитационные скопления в галактиках (шаровые скопления, газовые облака и т. д.), множественные звездные и планетарные системы, вплоть до планет и лун, и есть астероиды, у которых есть меньшие астероиды как спутники. Вещи не могут стать больше, потому что темная энергия и экспоненциальное расширение разорвут их на части. Такие вещи, как нити и стены доменов, растягиваются космическим расширением. Вещи не могут стать меньше астероидов, потому что гравитация слишком слаба.