В созданной планетной системе, сколько планет может поместиться в зоне Златовласки со стабильными орбитами?

При идеальных обстоятельствах и уровне технологий по шкале Кардашева 4 или 5 для приведения системы в движение (но не для поддержания движения во времени):

Сколько планет с массой 1/4 массы Земли могли бы иметь общую орбиту, оставаясь при этом стабильными, если бы между мирами было равное расстояние?

Если по крайней мере 4 из этих объектов могут иметь общую орбиту, сколько стабильных орбит может сосуществовать в пределах/на границе зоны Златовласки ?

«1/4 Земли» = планеты с массой 1/4 массы Земли?
Да. Скалистые тела с газовой/жидкой атмосферой составляют примерно 1/4 массы земли.
Я не уверен, что какая-либо планета такого размера может удерживать атмосферу в обитаемой зоне. Марс весит .4g и у него есть свои проблемы.
хм, хорошая мысль. Таким образом, меньшая планета (меньшая площадь поверхности) и более высокая плотность, чтобы получить примерно 1 г?
Если бы это не имело никакого эффекта (поскольку сравнимая гравитация сводит на нет любые выгоды, которые вы могли бы получить при меньшем объеме, но большей сложности), то земное было бы в порядке. В основном достаточно для поддержания жизни человека.
Интересно, сможете ли вы заставить это работать, переключившись с планет на луны. Рассмотрим планету размером с Юпитер или Сатурн с гравитационными спутниками Земли. Планета сделала бы стабильными гораздо более крупные луны. Если спутники вращаются перпендикулярно звезде, но вращаются вокруг параллельной оси, это может сделать их похожими на Землю.
В вопросе отсутствует ключевой параметр: как долго система должна оставаться стабильной? Тройка, вероятно, единственная, которая может существовать «вечно» без внешнего вмешательства, но цивилизация может быть удовлетворена стабильностью в течение нескольких миллионов лет. Особенно, если они предполагали, что смогут перенастроить систему позже. Учитывая, насколько малым будет влияние планет друг на друга на любом расстоянии, вы, вероятно, могли бы обойтись относительно большим числом. Особенно, если вы используете более горячую звезду, которая не проживет достаточно долго, чтобы естественным образом создать пригодные для жизни планеты, но имеет большую обитаемую зону.
Под общей орбитой вы имеете в виду только орбиту одной и той же звезды или кольцо из них, вращающихся одна за другой?
Ага, Тим Б., несколько тел следуют друг за другом.
Поскольку вы указываете, что система была «создана», у вас будет возможность стабилизировать их, так зачем ограничивать себя четырьмя планетами на орбите? Вы могли бы, вероятно, иметь более или менее непрерывную линию из них, струящихся вокруг Солнца — я предполагаю, что это равнялось бы сотням или тысячам. В какой-то момент вы окажетесь на en.wikipedia.org/wiki/Ringworld.

Ответы (3)

Эту проблему решил Шон Рэймонд. (Также здесь , здесь , здесь и здесь .) Он подсчитал, что в обитаемую зону можно уместить четыре газовых гиганта. Каждая из них могла иметь 5 спутников размером с планету и двойную планету в обеих своих стабильных точках Лангранжа. Таким образом, вы получите 4*(5+2+2) = 36 планет. Планеты-гиганты существуют для стабилизации всей системы. Вы все еще можете удвоить число, добавив вторую звезду на достаточном расстоянии (100 а.е.) от первой. Таким образом, у вас будет две копии этой системы, по одной для каждой звезды.

Можно задаться вопросом, насколько правдоподобна устойчивость такой системы. Планеты земной группы, вращающиеся вокруг газовых гигантов, будут стабильны, так как находятся в сфере Хилла гораздо более тяжелого тела. Подобная система есть у Юпитера с его галилеевыми спутниками. Двойные планеты тоже выглядят устойчивыми - двойная планета есть в хорошем приближении задачи двух тел, которая устойчива, и она находится в точке Лагранжа, что является устойчивым местом. (Но мы не можем исключать, что между газовыми гигантами и двойными планетами земной группы может быть какое-то дестабилизирующее взаимодействие.) Наиболее сомнительным фактором является то, поместятся ли все четыре газовых гиганта в обитаемую зону.

Хороший. Я не думал, что кто-то на самом деле атаковал эту штуку. Знаете ли вы, производил ли Рэймонд какие-либо расчеты относительно обитаемой зоны конкретной звезды?
Будет ли сценарий с двойной планетой вообще возмущать луны?
Я обновил ссылки, когда нашел его блог. Он выбрал звезду с малой массой (0,5 Солнца). Он пишет: Обитаемая зона уже для маломассивных звезд. Это почти полная а.е. в ширину для Солнца, но всего несколько десятых или сотых а.е. в ширину для маломассивных звезд. Означает ли это, что для планет стало меньше места? Нет! Орбиты системы планет располагаются логарифмически (например, 1, 2, 4, 8, 16, а не 1, 2, 3, 4, 5). Существует примерно такое же количество «динамического пространства» для планет на орбитах вокруг холодных звезд и звезд, подобных Солнцу.
Однако более узкие орбиты более холодных звезд увеличили бы шансы того, что двойные планеты будут возмущены другими газовыми гигантами? Вероятно, это не важно для созданных систем, и поскольку это должна быть созданная система, а вопрос касается именно созданных систем...
@ HDE226868 HDE226868 Я не эксперт в этом, но Ultimate Solar System (USS) 2 Раймонда кажется мне довольно стабильной. Я не думаю, что даже планеты земной группы в L4, L5 дестабилизируют спутники газового гиганта, если они будут достаточно близко. С другой стороны, его USS 1 кажется по меньшей мере подозрительным, кажется, слишком много планет упаковано вместе без какого-либо явного стабилизирующего механизма.
@VilleNiemi Правда, это можно оценить из расчета сферы Хилла , но я не проверял, когда это становится проблемой. Когда-то я подсчитал, что для очень легкого красного карлика система Земля-Луна не может вписаться в обитаемую зону и оставаться стабильной.
@Irigi Что было бы нестабильным? Земля и Луна останутся вместе или будут выброшены из обитаемой зоны?
@ HDE226868 Земля и Луна не могут оставаться вместе, гравитация близкой звезды разрушит их.
@Irigi Хорошо, спасибо. Я думал, что это невозможно, потому что красные карлики могут быть очень маломассивными.
@ HDE226868 Я думаю, что это неоднородность гравитационного поля, а не масса звезды. Меньшая звезда означает большую неоднородность.
Хотя это и отвечает на вопрос о зоне Златовласки, мне интересно, могут ли луны, проводящие значительную часть своего времени со своей звездой, затмеваемой газовым гигантом, вокруг которого они вращаются, быть холоднее, чем можно было бы ожидать, просто находясь в зоне. Достаточно ли далеки луны от своих газовых гигантов, чтобы это не было проблемой?

Это зависит от размера жилой зоны.

Находится ли орбита планеты в (околозвездной) обитаемой зоне (также известной как зона Златовласки) зависит от множества факторов, определяемых в первую очередь звездой. Вот обитаемая зона Солнечной системы по сравнению с обитаемой зоной вокруг звезды Кеплер-186 :

Сравнение обитаемых зон
Изображение предоставлено пользователем Википедии Bhpsngum под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International .

Вот некоторые из факторов , определяющих, является ли планета пригодной для жизни:

  • Светимость звезды
  • Эксцентриситет орбиты планеты (орбиты с большим эксцентриситетом, такие как показанная здесь , могут выходить за пределы обитаемой зоны звезды)
  • Температура планеты (да, характеристики планеты влияют на обитаемость)
  • Расстояние от звезды (ну конечно)
  • Существуют ли поблизости другие объекты, которые могут дестабилизировать планету

На самом деле это всего лишь факторы, влияющие на обитаемость планеты, но они показывают, что просто находиться в обитаемой зоне недостаточно. Если атмосфера вашей планеты такова, что она слишком горячая (как на Венере), у вас проблемы. Если орбита не стабильна из-за других объектов или в этом районе много мусора (например, астероидов), у вас тоже проблемы. Тем не менее, звездная светимость, вероятно, является самым большим фактором.

В целом обитаемые зоны звезд следуют схеме, показанной здесь:

Схема обитаемой зоны
Изображение предоставлено пользователем Википедии Хенрикусом под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 International .

Однако ошибок очень много. Мы не слишком уверены в том, как далеко простирается наша обитаемая зона, как видно здесь .

Так что это зависит от многих факторов. Далее я расскажу о нашей обитаемой зоне.

Наша обитаемая зона выглядит так:

Наша обитаемая зона
Изображение предоставлено пользователем Википедии EvenGreenerFish под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 International .

Темно-зеленая часть — диапазон консервативных оценок; светлая часть — диапазон либеральных оценок. Посмотрите на разницу!

Я буду иметь дело с более либеральными оценками, потому что они ведут к более интересным сценариям. Это означает, что Земля, Марс, Церера (карликовая планета/астероид) и пояс астероидов могут находиться внутри него. Большинство моделей также включают Венеру, как вы можете видеть на втором рисунке в этом ответе. Таким образом, три крупных тела (от Венеры до Марса) и карликовая планета могут легко сосуществовать.

Уменьшите их немного, и все выглядит хорошо. Венера примерно такого же размера, как Земля, а Марс в два раза меньше. Однако Церера намного меньше. Тем не менее, я готов поспорить, что его увеличение не повлияет на другие, хотя его близость к астероидам в поясе астероидов вызывает беспокойство. Но пока оставим это.

Таким образом, мы можем комфортно разместиться в четырех телах. А пять? Что ж, если вы немного сдвинете Марс, возможно, вы сможете втиснуть пятую часть. Однако после этого все становится рискованно. Вам нужно еще больше уменьшить расстояние между планетами. Шесть, наверное, было бы хорошо; семь - это перебор. Почему? Потому что вы должны учитывать орбитальную эволюцию. Для восьми (не забывайте о Меркурии!) планет земной группы почти невозможно сформироваться так близко друг к другу, потому что ранний хаос Солнечной системы, несомненно, сбил бы с толку некоторые из их орбит. Однако эта цивилизация Типа IV или V может легко это сделать. Проблема заключается в поддержании долговременной орбитальной стабильности, хотя, возможно, они могли бы это скорректировать. Тем не менее, возможно, вы могли бы поместить семь в обитаемую зону, даже если вы оставите их там на некоторое время.

Последняя вещь. Пока я пишу это, Oldcat упомянул в комментарии то, что я планировал получить:

Я не уверен, что какая-либо планета такого размера может удерживать атмосферу в обитаемой зоне. Марс весит .4g и у него есть свои проблемы.

Я не знаю о проблемах Марса с удержанием атмосферы (хотя это вовсе не значит, что их нет). Википедия утверждает, что отсутствие магнитосферы означает, что солнечный ветер может играть роль; правда это или нет, подлежит обсуждению, если только кто-то из читающих это не захочет отправиться на Марс. Так или иначе, есть по крайней мере один пример, показывающий, что даже луна может содержать атмосферу: Титан , спутник Сатурна.

Титан действительно большой — больше Меркурия, хотя и не такой массивный. Его атмосфера более массивная, чем у Земли, хотя это явно не то же самое! Таким образом, маленькие тела явно могут удерживать атмосферы. Правда, Титан находится дальше от Солнца, чем что-либо в обитаемой зоне, поэтому он может не подвергаться сильному солнечному воздействию. Но это что-то. Я не думаю, что эти маленькие планеты могут удерживать атмосферы, но это, безусловно, возможно.

Что касается того, сколько тел может иметь общую орбиту — ну, это немного сложно. Мне удалось найти вопрос по физике, в котором говорится об этом, и не похоже, чтобы даже две планеты могли находиться на одной и той же орбите. Вот что-то из ответа Карсона Майера:

Я не думаю, что описанная вами ситуация возможна. Вы описываете две планеты, каждая из которых находится в точках L3 друг друга (точка Лагранжа — это точка на орбите с особыми гравитационными свойствами, где объект будет оставаться несколько неподвижным относительно тела, на орбите которого он находится). Даже наши сравнительно небольшие космические аппараты, находящиеся в земной точке L1 (между Землей и Солнцем), нуждаются в периодических корректировках.

Планетарные орбиты несколько нестабильны: они меняются со временем понемногу, по мере того, как Солнце теряет массу, а другие планеты и мусор Солнечной системы толкают и притягивают планеты. Если бы орбита одной из этих планет изменилась чуть-чуть, она выпала бы из точки Лагранжа и попала бы на другую орбиту. Планеты начнут двигаться с разной скоростью и либо столкнутся, либо перейдут на независимые орбиты за астрономически короткий период времени.

Так что не похоже, что четыре маленькие планеты могут находиться на одной орбите.

Вот сколько орбит может поместиться в обитаемой зоне. Но сколько тел могут сосуществовать на одной и той же орбите, не мешая друг другу и не разрушая орбиту.
Ах я вижу. Подожди немного.
Вы можете получить шесть на двух орбитах в обитаемой зоне — L4 и L5, хотя это может не сработать, если размер планеты 1:1 с реальной планетой.
Холод на орбите Титана — важный фактор. Земля не может удержать Метан на расстоянии, несмотря на больший размер.
Относительно L4 и L5: Википедия действительно указывает, что это было бы невозможно для планет почти такого же размера - или где-то близкого к этому. Однако я не знал о холоде на Титане.
Я не знаю точного уравнения, но оно включает T и массу планеты/луны. Также масса газа - легкие газы легче улетучиваются.
@Oldcat Хм. Может ли это быть связано? Ах, неважно; Вы имели в виду атмосферу.
Два тела могут иметь пару орбит, подобную Янусу... дважды?
@Oldcat Блин . Подловил. Не уверен насчет 4, но только потому, что естественное образование маловероятно. Но цивилизация Типа IV, вероятно, могла бы сгладить это таким образом. Тем не менее, я беспокоюсь, потому что переключения могут происходить в одно и то же время, а с годами они могут разъединиться, и это станет несбалансированным и, возможно, нестабильным. Но это большое если, я полагаю.
Каждое переключение — это взаимодействие двух тел на одной орбите, судя по тому немногому, что я читал. Он имеет наилучшие шансы работать выше 2.
Ты прав; у него есть лучшие шансы. Орбиты должны быть близко друг к другу, чтобы быть чем-то вроде коорбитальной, но я полагаю, что это можно сделать.
Я имею в виду пару Янусов на орбите Земли и одну на орбите Марса. Не все 4 на одной орбите.
@Oldcat О, ну, определенно. Определенно.
Что касается точек Лагранжа, логика в первом абзаце вашей цитаты неверна, L1 - нестабильная точка, потенциальные энергии эквивалентны, потому что это точка максимума. L3 является точкой минимума и, следовательно, значительно более стабильным. Объекты естественным образом попадают в точки L3. Таким образом, вы не можете ничего вывести о планетах L3 из космических кораблей в L1. Таким образом, три планеты могли бы быть возможны, если бы были созданы искусственно. (требуется примерно равная масса и отсутствие других тел на близлежащих орбитах)
@VilleNiemi Тебе придется обсудить это с Карсон Майер. Однако я не думаю, что он/она когда-либо подразумевал полную стабильность.
У меня нет возражений против того, что сказал Карсон Майер. В общем, точки Лагранжа недостаточно стабильны для планет, и точка. Разница между двумя разными типами точек имеет значение только в том случае, когда речь идет о «созданных системах». Это связано с тем, что временные шкалы намного короче, и естественное формирование планет не требуется. В моем предыдущем комментарии могли быть перепутаны минимумы и максимумы, я не проверял, так как верю, что вы все равно поймете эту идею. Извините, если это вас побеспокоило.
@VilleNiemi Нет, возможно, ты прав. Я немного занят в данный момент, но я могу вернуться к вам (и некоторым другим людям) через несколько часов, если вы не возражаете.
Итак, мы исходим из предположения, что раса может создать систему планет, соответствующую ее потребностям, но не может найти способ их стабилизировать, или же существует требование, чтобы это было по принципу «выстрелил-забыл» (никаких активных исправлений в течение огромные периоды времени)?
@BillK Я предполагал, что это был второй. В противном случае ответ на вопрос тривиально да,

Ранее был пост о спутниках Сатурна Янус и Эпиметей, которые имеют практически одну и ту же орбиту. Когда они сближаются, они меняются орбитами до следующей встречи. Для них это кажется стабильным.

Таким образом, решение 4 тел для нашей Солнечной системы будет состоять из 4 земных планет, 2 на орбите Земли и 2 на орбите Марса. Все должны удерживать кислород, как Земля, и быть пригодными для жизни.

Вы хотите прояснить это, чтобы поговорить о двух разных общих орбитах здесь?
В созданной планетной системе, сколько планет может поместиться в зоне Златовласки со стабильными орбитами?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v