Lunas en órbita binaria

Escribí una historia de hombres lobo y me decidí por un poco de estilo, así que quería dos lunas en órbita. Investigué un poco y descubrí que para hacer eso, necesitaría tenerlos en órbitas separadas (no, gracias, me gustan las matemáticas del calendario, pero ese es el tipo irritante, no el divertido) o tenerlos en una posición L4/L5. Eso tampoco me gustó. Así que cavé un poco más.

Luego encontré sistemas estelares binarios. Sí, soy consciente de que se ha hecho exactamente esta pregunta. Excepto que no lo era. Mira, las respuestas parecen ir hacia donde las lunas estaban orbitando en el punto L3 de cada una. Así no es como funciona un sistema estelar binario . (Mira el video, es genial).

En cambio, las estrellas comparten uno de sus focos y, dado eso, orbitan entre sí. Entonces, ¿sería posible replicar esto en un planeta, con lunas que comparten un foco en la Tierra y patrones de órbita opuestos? Entonces, mientras que del planeta parecería que hay dos lunas en la misma órbita, perfectamente opuestas entre sí, en realidad sería diferente. Algo como esto:

Sí, no está a escala.  Demándame.

(Probablemente necesite una guía para la imagen, dado que mi talento es más científico que artístico. El amarillo grande es el sol, el verde es el planeta, el gris es la luna, el blanco es la órbita aproximada. Y porque necesito el chiste obligatorio, 'Maldita sea Jim, soy un científico, no un artista'.)

La pregunta es, ¿funcionaría esto?

Una nota: para los cálculos, suponga que el planeta es del tamaño de la Tierra, o de una naturaleza habitable, entonces 6x10 24 kg. Las lunas deben ser visibles, así que suponga alrededor de 10 22 kg. El sistema solar es una sola estrella, y los otros planetas son un solo gigante gaseoso en lo profundo del sistema y un cinturón de asteroides más allá.

Estoy bastante seguro de que no puedes hacer eso, pero necesitaría hacer un análisis mucho más profundo para poder decirte exactamente por qué no. (De hecho, podría hacer eso, si nadie me gana). Pero la versión corta es que las dos lunas interactuarían gravitacionalmente entre sí en cada punto de sus respectivas órbitas, lo que es poco probable que sea estable. Si reduce la masa de las lunas en otros pocos órdenes de magnitud, es posible que pueda lograrlo. Mientras tanto, te presento Freefall 514--516 .
Una falla aquí es su suposición de que las lunas orbitan "alrededor" de los planetas, mientras que las estrellas binarias orbitan un foco compartido. En realidad, todo gira alrededor de un foco compartido, solo que cuando las masas son muy diferentes, el foco está dentro del cuerpo más grande. El equipo de New Horizons hizo un buen video de Plutón y Caronte orbitando su centro de gravedad mutuo.

Respuestas (1)

Su configuración inicial, con las dos lunas orbitando perfectamente desfasadas, no es estable.

Con el tiempo, sus órbitas cambiarán muy levemente como resultado de varios efectos aleatorios, como los impactos de asteroides, que no afectarán a ambas lunas de manera idéntica. Las lunas se tirarán entre sí de formas sorprendentes. Solo lee sobre el problema de los tres cuerpos y verás a lo que te enfrentas.

Esto significa que una luna comenzará a orbitar ligeramente más rápido que la otra, momento en el que ya no orbitarán en perfecta antifase. A medida que pasa el tiempo, el ángulo entre las dos lunas disminuye, lo que solo servirá para amplificar cualquier inestabilidad en el sistema. Eventualmente alcanzarán una separación mínima, que será cuando suceda la magia.

Editar: un CVn señaló, con una plausibilidad deprimente, que lo que probablemente sucederá es que una de las lunas simplemente será expulsada del sistema Tierra-Luna y terminará en una órbita solar.

Resulta que no tienes que adivinar demasiado en este tipo de cosas, sino que puedes ir a mirar el simulador de otra persona. En realidad, no he investigado qué tan plausible era el que encontré, pero bueno: tiene letras griegas reales y cosas en su configuración, por lo que me parece bastante serio.

He aquí, mi simulación de dos lunas , usando " simulador de gravedad ". Una copia idéntica de la luna se coloca junto a la tierra, con un argumento de periápside en oposición a la luna regular. Como se anticipó, las lunas terminan lentamente reduciendo su ángulo de separación, momento en el que una de ellas simplemente es expulsada a la órbita solar. No hay kaboom que rompa la tierra. La física es tan decepcionante, pero me consuelo pensando que es solo una simulación y que en la vida real podría haber sido mucho más dramático.

Debe jugar con el simulador usted mismo, si tiene suficiente paciencia; es algo desagradable para el usuario, pero viable. Si reduce las masas de las lunas en al menos un factor de 10, entonces termina con algo que simplemente parece un poco caótico (y probablemente se desmorone debido a las influencias gravitatorias externas, como su gigante gaseoso). Tal vez si las lunas fueran cien veces más claras, lograrías que funcionaran, pero a costa de que tus encantadoras y grandes lunas proporcionen un telón de fondo escénico a tu planeta. ¿Quizás su complejo sistema de calendario ya no suena tan mal?


Aquí estaban mis ideas previas, antes de ejecutar una simulación. La observación sobre las diferencias de tamaño entre las lunas y su padre es probablemente la parte importante.

En nuestro sistema solar, tenemos las lunas Janus y Epimetheus que son coorbitales . Se cierran a unos 10000 km entre sí y luego intercambian órbitas de manera efectiva y se separan lentamente nuevamente, solo para encontrarse e intercambiar nuevamente cuatro años después. Este es el mejor escenario posible para sus lunas. Significa que terminarás con lunas en diferentes órbitas, y sí, eso significa que tendrás calendarios divertidos. Pero las conjunciones son geniales, especialmente las que puedes ver tan de cerca.

Por otro lado, el planeta padre de Jano y Epimeteo, Saturno, es aproximadamente mil millones de veces más pesado que ellos, lo que sospecho que impone cierta estabilidad en todo el sistema (o al menos, lo estabiliza en una escala de tiempo mucho más larga). ). En su ejemplo, el planeta padre es solo cien veces más pesado, y eso no me llena de sentimientos cálidos y confusos.


Estas ideas finales están claramente equivocadas. pero los dejaré aquí para referencia futura, ¡aunque solo sea para desalentar a los lectores posteriores de cometer los mismos errores!

No soy un mecánico orbital lo suficientemente hábil como para decirte exactamente lo que sucederá a continuación, pero sospecho que será una de dos cosas: tus lunas chocarán entre sí, lo que resultará en un período realmente emocionante de bombardeo de meteoritos en tu planeta. .el tipo mejor observado desde un planeta diferente. Obtendrá un sistema de anillo funky por un tiempo, lo que será bueno.

La opción final se parece un poco a esto.

Theia chocando con la Tierra

Excepto, ya sabes, el doble.

Dudo que tengas un evento al estilo de Theia. Ciertamente, la posibilidad de un mal día, pero si no me equivoco, se supone que Theia tenía aproximadamente el mismo orden de magnitud de masa que la Tierra en ese momento. Si bien su punto sobre la masa relativa sigue siendo válido, no creo que el resultado sea tan malo como ese. Un escenario más probable parece ser que una o ambas lunas sean expulsadas de la esfera de influencia del planeta, con la posibilidad de que la restante termine en una órbita altamente elíptica, lo que a su vez crearía todo tipo de "diversión".
@aCVn fue la mejor imagen que pude encontrar de un gran impacto ;-) Sospecho que puede tener razón sobre la expulsión de uno de los cuerpos. Voy a investigar un poco más a ver qué sale.
@aCVn encontró un simulador, está de acuerdo con usted :-( No hay kaboom que rompa la tierra .