Замена Юпитера коричневым карликом?

Это формула того, какая сила гравитации действует между любыми двумя массами в космосе:

$$G \frac{m_{1} m_{2}}{r^2}$$

Где:

• G является константой: $$G = 6.674×10^{-11} N (\frac{m}{kg})^2$$
• m ₁ и m ₂ — задействованные массы
• r - расстояние между массами

Подсчитаем, насколько сильно Юпитер притягивает Землю. Сначала нам нужен фон:

• Расстояние при максимальном сближении ~= 5,88 x 10 ¹¹ метров
• Масса Земли ~= 6 х 10 ²⁴ кг
• Текущая масса Юпитера ~= 1,9 х 10 ²⁷ кг .

При максимальном сближении Юпитер притягивает Землю с силой...

$$6.674×10^{-11}N(\frac{m}{kg})^2×\frac{(6×10^{24}kg)×(1.9×10^{27}kg)}{(5.88×10^{11}m)^2} ~= aprox. 2.2×10^{18}N$$

2,2x10 ¹⁸ ньютонов может показаться чертовски большой силой, но этого достаточно только для ускорения Земли со скоростью 3,6676x10 ^-7 метров в секунду по направлению к Юпитеру. Это близко к одной десятой миллионной метра в секунду. К тому времени, когда произойдет какое-либо значительное притяжение, Земля уйдет дальше от Юпитера, уменьшая притяжение.

Теперь давайте проведем тот же расчет с 75 массами Юпитера:

$$6.674×10^{-11}N(\frac{m}{kg})^2×\frac{(6×10^{24}kg)×(1.425×10^{29}kg)}{(5.88×10^{11}m)^2} ~= aprox. 1.65×10^{20}N$$

Этого достаточно, чтобы разогнать Землю до Юпитера со скоростью 0,0000275 метра в секунду. Это почти такое же притяжение, какое Луна оказывает на Землю. Используя то же уравнение для притяжения между Землей и Луной (масса = 7,34x10 ²² кг, расстояние 384 400 км):

$$6.674×10^{-11}N(\frac{m}{kg})^2×\frac{(6×10^{24}kg)×(7.34×10^{22}kg)}{(3.844×10^8m)^2} ~= aprox. 1.989×10^{20}N$$

Что сравнимо с предыдущим расчетом. Однако, поскольку Юпитер находится намного дальше, разница в силах, которые он будет оказывать на ближнюю и дальнюю стороны Земли, будет очень мала: изменение расстояния на шесть тысяч километров более или менее в приведенной выше формуле дает изменение в ньютонах в пределах 12 ^-я отрицательная степень десяти. Недостаточно, чтобы вызвать приливы (вопреки тому, что я сказал в предыдущей версии этого поста).

Максимальное расстояние сближения Сатурна с Юпитером очень близко к максимальному расстоянию сближения Земли . Масса Сатурна близка к сотне масс Земли, поэтому притяжение между Сатурном и коричневым карликом Юпитером будет примерно в 100 раз больше, чем между коричневым карликом Юпитером и Землей. Недостаточно, чтобы сбросить Сатурн с орбиты... Может быть, какие-то кольца перестроятся.

Аналогичным образом пострадают и другие тела Солнечной системы. Возмущения в поясе астероидов могут отбрасывать некоторые из них к солнцу в течение тысячелетий, что подвергает нас риску, но у нас не должно быть особых причин для немедленного беспокойства.

Во-первых, я собираюсь предположить, что вопрос звучит так: «Что случилось бы с Землей, если бы во время формирования Солнечной системы Юпитер превратился в большой коричневый карлик, а не в газовый гигант среднего размера».

Это сложный вопрос по двум причинам. Во-первых, хотя мы добились значительного прогресса в понимании формирования планет, нам еще многое предстоит узнать. Во-вторых, процесс обычно хаотичен в техническом смысле, когда небольшие изменения на раннем этапе могут привести к сколь угодно большим изменениям в конечных результатах.

Итак, одно замечание сразу: возможные результаты включают выброс Земли и других малых планет из Солнечной системы или столкновение с Солнцем или UberJup. Основываясь на том, что я помню из отчетов о подробном моделировании, я почти уверен, что большая часть пояса астероидов будет выброшена и, возможно, Марс тоже. На http://iopscience.iop.org/article/10.1086/300695/fulltext/ есть статья, в которой представлены модели планет в различных бинарных системах для определения орбитальной стабильности. (Обратите внимание, что на самом деле он не рассматривает случай коричневого карлика, но случай наименьшей массы, который он рассматривает, дает нам подсказки. Кроме того, обратите внимание, что он рассматривает только 10 000 «лет», и что мы знаем из других работ, что нестабильности могут произойдет гораздо позже.)

Однако, учитывая эти предостережения, похоже, что стабильные орбиты могут существовать примерно на половине расстояния UberJup от Солнца. Поскольку UberJup находится на расстоянии около 5 а.е., мы можем разумно ожидать, что все внутренние планеты (включая Марс на расстоянии около 1,5 а.е.) будут иметь стабильные орбиты.

Это касается орбиты UberJup с низким эксцентриситетом, поскольку более высокий эксцентриситет делает внутренние планеты менее стабильными.

Итог: внутренние растения могут выжить на стабильных орбитах, но есть нетривиальный шанс, что они не выживут.

Есть много передовых работ по планетарной миграции, которые я не рассматривал и которые, вероятно, уменьшают шансы Земли на выживание. По сути, когда вы не смотрите на сверхблизкие подходы — космический бильярд — эффекты резонанса становятся важными. Резонансные эффекты даже не требуют огромных масс. В принципе, если бы, скажем, у Земли и Венеры были орбиты, периоды которых находились в небольшом целочисленном отношении: 2:3, 1:2, 3:4 и т. д., то они занимали бы одни и те же относительные положения снова и снова и снова и даже очень маленькие гравитационные эффекты могут накапливаться, и постепенно планеты могут обмениваться удивительно большим количеством энергии и импульса.

Похоже, что в реальной истории Солнечной системы Юпитер и Сатурн сделали именно это и сначала приблизились, возможно, на половину своего нынешнего орбитального расстояния, а затем удалились, прежде чем обосноваться там, где они находятся сегодня. Я понятия не имею, как замена Jupiter на UberJup повлияет на это. Это можно смоделировать, но это выше моих сил, и я не знаю никого, кто рассматривал бы эту проблему. (Что не означает, что никто не знает — литературы очень много.)

Итак, давайте забудем обо всем этом и посмотрим на случай с минимальными изменениями: UberJup сидит там, где сидит Jupiter. Внутренние планеты практически не изменяются на своих орбитах. Пояс астероидов, вероятно, почти пуст. За пределами орбиты UberJup, вероятно, есть несколько газовых гигантов и нептунов, но их расположение и количество, вероятно, отличаются от Солнечной системы. Договоренность имеет разумные шансы быть стабильной.

Одно потенциально большое изменение заключается в том, что очистка пояса астероидов, вероятно, привела бы к усилению очень ранней бомбардировки Земли, поэтому Земля могла бы быть на несколько процентов более массивной, чем сегодня. У него также может быть второй естественный спутник, хотя и намного меньший, чем Луна.

Наконец — вот где начинается хаос — есть хороший шанс, что Луны вообще не будет. Похоже, что образование Луны произошло из-за скользящего удара одного из последних планетарных зародышей о почти полную Землю. Это выплеснуло на орбиту много материи, часть которой слилась в нашу массивную Луну. Похоже, это событие с довольно низкой вероятностью, поэтому присутствие UberJup вполне могло стереть нашу гигантскую Луну.

(Не ученый, просто пользуюсь локальным мышлением. И я извиняюсь за свои грамматические ошибки.)

Я думаю, что если Юпитер наберет достаточную массу, то большинство ближайших объектов (пояс астериод между Юпитером и Марсом) могут быть притянуты к планете, теперь уже коричневому карлику, и начнут вращаться вокруг нее. Планеты, расположенные достаточно близко, такие как Сатерн и Марс, могут увидеть изменения в своей орбите. Марс может даже стать «луной» Юпитера. Юпитер, вероятно, окажет более сильное и экстремальное влияние на погодные условия на Земле. Как увеличенная версия луны. Экосистема Земли, вероятно, сильно пострадает.

Возможно, со временем Солнце и Юпитер войдут в бинарную звездную реальность, поскольку Солнце и Юпитер могут быть притянуты друг к другу из-за их гравитационного притяжения. И некоторые из меньших планет могут быть выброшены за пределы Солнечной системы из-за изменения гравитационного притяжения.