¿Cuáles son los parámetros de un planeta que tiene múltiples lunas?

No estoy seguro de si esta pregunta pertenece aquí o en Physics Stack Exchange.

La Tierra y la Luna son únicas en el Sistema Solar en el sentido de que la Luna tiene un tamaño significativo en comparación con la Tierra, con 1/4 del diámetro y 1/80 de la masa.

En el Sistema Solar, los planetas se distribuyen de manera exponencial, cada uno de los cuales está aproximadamente al doble de la distancia del Sol. (Consulte la ley de Titus-Bode ). En cada caso, la atracción del Sol es mucho más fuerte en comparación con la atracción de otros planetas.

Un tema favorito de los ilustradores de ciencia ficción son varias lunas grandes que cuelgan en el cielo. (A veces incluso aciertan en las fases).

es posible? ¿Puede un planeta tener una configuración estable de múltiples lunas, cada una lo suficientemente grande como para proporcionar un disco visible y una iluminación significativa del suelo?

En aras de la discusión, llamemos al ángulo mínimo un grado (dos veces el tamaño aparente de la luna).

Así que podríamos usar una luna del doble del diámetro de nuestra Luna. Esto sería ocho veces más masivo. Nuestras mareas promedio de 6 pies serían mareas de 50 pies. ¡Ay!

Llamaremos a la luna #2 Selene. Hazlo mucho más pequeño pero mucho más cerca. Si fuera 1/8 del diámetro y 1/4 de la distancia, parecería la mitad de grande y tendría 1/500 de masa, pero las mareas van como la tercera potencia de la distancia, por lo que tendría un efecto neto de 1/8 la marea de nuestra Luna. El período orbital sería aproximadamente 1/4 de la longitud de nuestra Luna, aproximadamente una semana.

Ahora, supongo que si fuera exactamente 1/4 del período de nuestra Luna habría resonancia, y todo se derrumbaría alrededor de mis oídos. Pero ahora estoy atascado. ¿Qué determina una configuración estable?

Podría intentar usar resonancias orbitales . Consulte también physics.stackexchange.com/questions/25817/… .
¿Podría considerar tener planetas enanos/grandes asteroides que orbiten dentro y fuera de la órbita de sus planetas? No serán horarios consistentes de "día y noche", pero pondrían una vista espectacular. He estado jugando con él en Universe Sandbox 2 para intentar que las lunas grandes funcionen para ti, pero siguen causando estragos.
@ Mikey, sospecho que si están lo suficientemente cerca como para tener un diámetro angular apreciable, "provocarán estragos y dejarán escapar a los perros de la guerra" (Posiblemente luna hecha de espuma de poliestireno, esto le daría aproximadamente 10 veces el diámetro para la misma masa.) Pruebe también una relación de período de, digamos sqrt(2) o 13/9. Mientras tanto, estoy buscando en el arenero de tu universo.

Respuestas (2)

Soy un estudiante de último año de física y tengo acceso a un software bastante bueno. He estado ejecutando algunas simulaciones sobre esto, y creo que me estoy acercando bastante a una órbita estable de 3 cuerpos, pero es muy frágil. La pequeña luna del medio parece seguir cayendo en uno de los otros cuerpos eventualmente. La única forma en que puedo concebir que sea estable sería tener las lunas ortogonales entre sí, pero incluso eso debería colapsar eventualmente.

Una opción interesante que encontré que funciona es tener dos lunas de tamaño similar bloqueadas por mareas entre sí en órbita alrededor del planeta. Es bastante estable, y haría una buena vista.

Sin embargo, si quieres mantener tus lunas como están, está bien. Si puedo conseguir que sea estable, te enviaré algunos números.

Como bono,

Algunos efectos interesantes de nuestra luna: -Mareas (obviamente) -Mantener estable la inclinación axial de la Tierra -Reducir la velocidad de la Tierra

Mareas: Parece que tienes la idea correcta aquí

Estabilidad del eje: la Tierra tiene una inclinación del eje bastante constante de 23,5 grados (varía entre 23 y 26 grados) y esa estabilidad se debe a nuestra luna. Por ejemplo, Marte, sin lunas masivas, tiene una inclinación del eje que varía entre 15 y 35 grados.
Tu primera luna tendrá el doble de energía potencial gravitatoria que la luna, y la próxima luna tendrá aproximadamente 1/125 de PE. Esto es insignificante en comparación con la primera luna, por lo que su planeta tendría un clima y patrones estacionales mucho más consistentes que la Tierra, por lo que todo está bien aquí.

Desaceleración: La Tierra solía tener días que duraban alrededor de 6 horas, pero la luna cambió eso. Disminuyó considerablemente la velocidad de la Tierra, a aproximadamente el 25% de su velocidad de rotación original. Tu primera luna inicialmente reduciría la velocidad de tu planeta el doble que la luna, lo que significa que si esa luna fuera capturada en la tierra en lugar de nuestra luna, los días serían 48 horas. (Siempre que el proceso de captura sea el mismo).

Buena respuesta Louis, bienvenido al sitio.
Puede verificar que su software esté configurado correctamente: ingrese los números para otros sistemas multicuerpo. Por ejemplo, Marte, y sus lunas. Nuestra luna es anómala en otros aspectos. Terra-Luna debería considerarse un planeta doble. El camino de Luna alrededor del sol es cóncavo solarmente en todas partes. Y el sol también tiene que ser una fuerza perturbadora, así que es un problema de 4 cuerpos. Sospecho que la luna es demasiado masiva para que muchas otras cosas sean estables. En general:

Tienes que lidiar con el problema de los 3 cuerpos, específicamente la luna pequeña que es atraída hacia la luna mucho más grande y luego se aleja, y cómo esto desestabilizaría la órbita de las lunas pequeñas.
Las distancias que establezca podrían respaldar esto, pero es interesante calcular los efectos de esa masa adicional.

Los planetas más grandes pueden soportar más lunas porque tienen pozos de gravedad mucho mayores, y las órbitas de las lunas pueden estar lo suficientemente separadas como para no molestarse entre sí.
Marte tiene dos lunas, pero no son mucho más que asteroides capturados y no tienen mucha gravedad.

Para responder a la segunda parte, La pequeña luna tendría su propia marea pequeña. Cuando las mareas causadas por la segunda luna se sincronizaron con la primera, serían más grandes que las mareas ya masivas como ya pensabas.

Aprecio la dificultad del problema de los 3 cuerpos, y una forma de verificar esto sería ejecutar una simulación. Sin embargo, mi sospecha es que se ha realizado un extenso trabajo en dinámica orbital: personas que han realizado un millón de simulaciones y han encontrado uno de los siguientes: A: Ningún sistema con 2 lunas donde la masa de una es mayor que el X% de el cuerpo central es estable. B: Ningún sistema es estable cuando la luna más pequeña es mayor que X. C: Ningún sistema es estable cuando la relación de los radios orbitales es menor que X, etc.
Las mareas de primer orden son fáciles de calcular como superposición de ondas sinusoidales apropiadas. La realidad, por supuesto, es mucho más desordenada. Por ejemplo, las mareas lunares en una isla aislada en medio del océano están a solo unos pocos pies. Pero en el estrecho de Georgia, entre la isla de Vancouver y el continente, son de 20 a 30 pies. (Aterrizar en un viaje por el océano durante la marea baja requiere una buena caminata a través de rocas cubiertas de algas marinas para llegar al campamento).
No veo por qué un pozo de gravedad más profundo soportaría más lunas. Júpiter y Saturno pueden tener muchas lunas porque la luna es pequeña en comparación con el cuerpo central: los términos de corrección para la interacción luna-luna son pequeños en comparación con la fuerza principal.
@SherwoodBotsford Podrías tener razón. Mi respuesta se basó en mi comprensión de Hill Sphere , que es el área donde un objeto orbita alrededor de otro objeto. Si estuvieras dentro de la esfera de la colina de nuestra luna, estarías orbitando la luna. déjalo, y ahora estás orbitando la tierra. Deja la esfera de la colina de la tierra y estás orbitando alrededor del sol. Los planetas con mayor masa tienen esferas montañosas más grandes. Estar lejos del sol también ayuda . Cuanto más grande es la esfera, más espacio para que las lunas orbiten.