¿Podrían dos planetas estar bloqueados por mareas entre sí tan cerca que comparten su atmósfera?

¿Podrían dos planetas estar bloqueados por mareas entre sí a una distancia tan pequeña que comparten su atmósfera y el material flota entre los dos?

Vista artística de 2 planetas bloqueados por mareas

No es necesario que estén bloqueados por mareas. La pregunta es simplemente: "¿Pueden dos planetas estar tan cerca que comparten atmósferas?". El bloqueo de marea es una ventaja que le permite, por ejemplo, construir un rascacielos de un planeta a otro, si no hay una libración pequeña.
Consulte esta respuesta worldbuilding.stackexchange.com/questions/1274/… y la discusión aquí chat.stackexchange.com/transcript/message/18052695#18052695 para obtener información de fondo relacionada.
Si bien la proximidad para compartir la atmósfera ha sido descartada por respuestas anteriores. Este estudio da una pequeña idea de los sistemas de dos planetas similares a la Tierra en un par unido en lugar de fusionarse en un solo cuerpo. Afirman que tales sistemas planetarios binarios desarrollan un bloqueo de marea con el tiempo. Y una distancia típica de los centros de estos planetas sería solo de tres radios planetarios. phys.org/news/2014-12-binary-terrestrial-planets.html
Hay mucha discusión sobre los límites de Roche, pero eso solo se aplica a cosas como los planetas rocosos y los planetas gaseosos, que pueden romperse. Si tuviera un planeta que fuera una bola sólida de titanio, que no se mantuviera unido por la gravedad sino por algo mucho más fuerte como la fuerza electrostática, entonces el límite de Roche apenas se aplicaría.
@Envite: el bloqueo de marea y una órbita casi circular evitarán que un cuerpo rígido se destruya debido a fuerzas en constante cambio. Dado que ambos cuerpos están bloqueados por las mareas en una órbita circular muy cercana, el equilibrio hidrostático es posible al menos para algunas proporciones de sus masas y valores de sus densidades; pero espero que su fijación con las imágenes de límites familiares de Roche le impida comprender la importancia de estos datos.
@IncnisMrsi No se trata solo del bloqueo de mareas. La gravedad del otro planeta sería lo suficientemente alta, a la distancia representada ("lo suficientemente cerca para compartir sus atmósferas"), que el material en la cara de cada planeta frente al otro sería casi ingrávido. La densidad no importaría en esa situación, por lo que las rocas podrían flotar casi libremente en la atmósfera compartida. No es un lugar sano para tener una corteza planetaria.
@BrianGordon Estoy bastante seguro de que también se pueden romper trozos de titanio.
@Envite si los planetas no estuvieran bloqueados por mareas, la fricción entre las dos atmósferas que interactúan a velocidades orbitales generaría mucho calor, lo que eventualmente reduciría la velocidad orbital y provocaría una colisión

Respuestas (6)

El límite de Roche al que se alude en otras respuestas puede no ser una barrera para esto.

Aproximación rígida

Para dos planetas rígidos de la misma masa M y radio R , ambos unidos por la fuerza de la gravedad, el Límite de Roche sería la distancia entre sus centros D donde cualquier reducción en esa distancia significaría que la fuerza de marea en cada planeta era mayor que la gravedad mantiene unido al planeta.

De https://en.wikipedia.org/wiki/Roche_limit#Rigid-satellite_calculation :

Donde la fuerza de marea es igual a la fuerza gravitatoria:

GM/R 2 = GM(2DR - R 2 )/(D 4 - 2D 3 R + R 2 D 2 )

Esto se simplifica a:

R 4 - 2DR 3 + R 2 D 2 - 2D 3 R + D 4 = 0 ,

el cual, tiene una solución D = 1.8832R. La separación de superficies es 2R menos que eso: -0.1168R. El Límite de Roche es cuando la circunferencia de cada planeta está dentro del otro planeta.

Dos planetas rígidos del mismo tamaño cuyas superficies están separadas por cualquier distancia están muy por fuera del Límite de Roche del otro.

Aproximación de fluidos

Para cuerpos fluidos, de https://en.wikipedia.org/wiki/Roche_limit#Fluid_satellites ,

El cálculo es complejo y su resultado no se puede representar en una fórmula algebraica exacta

pero el resultado dado es:

D = 2.44R

Esa, de nuevo, es la distancia entre sus centros. Cuando ambos objetos tienen un radio R, entonces su separación superficie a superficie es 0,44R (2800 km para la Tierra). Incluso las Tierras completamente fluidas podrían orbitar entre sí casi completamente dentro de la exosfera de cada uno (alrededor de 10,000 km) sin cruzar el límite de Roche de cada uno.

Conjunto

Entonces, para un cuerpo rígido, el límite de Roche en la separación de superficies es -0.1168R (superposición)

Para planetas fluidos, el límite de Roche en la separación de superficies es 0,44R.

Un planeta rocoso real como la Tierra estaría en algún lugar entre los dos. Una respuesta precisa requeriría un modelo informático complejo de todas las capas constituyentes. Lo mejor que puedo hacer aquí es adivinar a mitad de camino entre los dos (mitad rígido, mitad fluido): 0.1616R. Un poco más de 1.000 km para dos tierras: aproximadamente en el borde de la termosfera de cada uno.

Eso estaría justo en el límite de Roche. Dudo que los planetas existan muy felizmente en ese límite pero, en teoría, existirían.

Si eso podría surgir alguna vez en una configuración estable es otra cuestión.

Capturar otro objeto (como Neptuno capturando a Tritón) en órbita es muy raro y hacerlo de tal manera que resulte en una separación tan minúscula y órbitas perfectamente circulares sería ridículamente improbable.

Que se condensen a partir de gas y polvo en esa configuración cuando serían fluidos y no rígidos parece aún más improbable. Sin embargo, estarían creciendo y acrecentándose y volviéndose más rígidos a medida que lo hacen (y luego menos a medida que sus núcleos se derriten), sus Límites de Roche estarían cambiando hacia arriba y hacia abajo como lo hicieron.

No es necesariamente imposible.

Hay más esperanza. A poco más de 0,44 R, ambos planetas se distorsionarán (no se desgarrarán, solo se alargarán) [la tierra es básicamente fluida a esta escala]. Esta distorsión reducirá el 0.44R a un número menor. Además, los núcleos de hierro son más densos, lo que hará que la distorsión debilite menos la gravedad, reduciendo también el límite de Roche.

No.

La respuesta de HDE 226868 explica el concepto de Roche Lobe y toca el de Roche Limit, pero las cosas son un poco más complicadas.

Las estrellas gigantes son estrellas tan grandes que sus capas exteriores sienten muy débilmente la gravedad de las internas. Estas estrellas, cuando se encuentran en sistemas binarios cercanos, son tan grandes que sus atmósferas estelares son más grandes que sus lóbulos de Roche, por lo que pierden masa hacia la otra estrella del sistema binario, si esa es lo suficientemente pequeña (segundo caso en la imagen). Normalmente las estrellas no son tan grandes por lo que están cada una en su propio lóbulo de Roche (primer caso), pero si ambas estrellas son estrellas gigantes, pueden compartir sus atmósferas estelares. Este es un caso real de atmósfera compartida, pero tenga en cuenta que la distancia entre los núcleos de las estrellas sigue siendo muy grande. Es solo que las atmósferas también son grandes.

Lóbulos Roche con o sin rebosadero

Los planetas gigantes como Júpiter tienen mayor gravedad en sus atmósferas que las estrellas gigantes. Esto se debe a que el radio es bastante más pequeño, incluso si la masa también es pequeña. Así que es muy poco probable que un planeta gigante pueda compartir atmósfera con otro: tendrían que estar muy cerca, muy cerca. Lo suficientemente cerca como para que tengan grandes problemas de mareas. Dichos planetas están compuestos principalmente de gas, por lo que lo más probable es que experimenten serias perturbaciones causadas por el otro planeta, y no pueden bloquearse por mareas en absoluto.

Los planetas rocosos como la Tierra tienen un problema diferente: el de Roche Limit.Ejemplo de límite de RocheCuando un cuerpo sólido que se mantiene unido por su propia gravedad, como un planeta rocoso, se acerca lo suficiente a otro cuerpo sólido de la misma o mayor masa, experimenta efectos de marea. El bloqueo de marea es el menor de ellos. Pero al acercarse más y más el efecto de marea hace que algunas partes del planeta viajen más rápido que otras, provocando la rotura del cuerpo menor. El límite de Roche depende de la densidad del cuerpo. Por ejemplo, el Límite de Roche para la Luna en la Tierra está entre 9496Km (si la Luna fuera perfectamente rígida) y 18261Km (si fuera perfectamente deformable). Cualquier cosa más cercana que eso se desgarrará. Y dado que la atmósfera de la Tierra es una fina capa de solo 10000 km (para la exosfera, eso difícilmente puede llamarse "una atmósfera"), dos planetas como los de su imagen se convertirían rápidamente en una única bola más grande.

Tenga en cuenta que Robert L. Forward era un físico de ciencias duras y sabía de lo que estaba hablando. (Trabajó como físico e ingeniero aeroespacial y escribió libros al mismo tiempo). Parece probable que hiciera los cálculos y supiera que los mundos se unirían antes de escribir los libros, aunque no tengo ninguna evidencia real para dar en ese frente.
@TimB Segundo esto. Esperaría que su física fuera sólida. Su biología, no tanto. Veo el Rocheworld como dos planetas que casi llenan sus lóbulos de Roche (y por lo tanto son estables), la atmósfera es algo compartida. Dado que los mundos no son redondos, deben estar bloqueados por mareas.
La estabilidad de @LorenPechtel no tiene nada que ver con Roche Lobes sino con Roche Limit, que es algo diferente (resuelto por la misma persona). Roche Limit se ocupa de las inestabilidades de las mareas causadas por la diferencia en la atracción y en la velocidad de la órbita debido a las diferencias en la distancia al centro.
@Envite Stable como en no desmoronarse debido a salir de sus lóbulos de Roche. No quise decir que la órbita era estable o inestable.
@LorenPechtel No me refiero a las órbitas de ninguna manera. Me refiero a los cuerpos rompiéndose y desmoronándose en pequeños pedazos. Esto es lo que sucede cuando un cuerpo supera su Límite de Roche.
@Envite Pero puede tener dos planetas que estén cada uno en su propio lóbulo de Roche, pero la atmósfera está fuera de los lóbulos y, por lo tanto, compartida.
@LorenPechtel Nuevamente, no confunda Roche Lobe y Roche Limit. Para que dos planetas rocosos tengan atmósferas que desborden sus lóbulos de Roche, estarán dentro del límite de Roche, por lo que ya no serán planetas, sino colecciones de asteroides.

Ah, aquí vamos.

No, pero sí.

Dejaré el asunto del límite de Roche para Vincent; después de todo, fue su idea. Suponiendo que escriba una respuesta, aprenderá por qué estos planetas no pueden bloquearse por mareas y estar tan cerca uno del otro. Esto significa que no verás dos planetas acercándose mucho, como muestra esta imagen. Ciertamente no se tocarán.

Pero la transferencia atmosférica es totalmente posible. Lo sé, esto parece contrario a la intuición, dado que se acaba de establecer que estos planetas pueden estar muy cerca uno del otro. Pero hay una pequeña escapatoria llamada lóbulo de Roche que puede hacer posible este escenario.

El lóbulo de Roche (¡no es lo mismo que el límite de Roche!) es el punto en un sistema estelar binario dentro del cual la materia está unida a la estrella por la gravedad. Si la materia escapa del lóbulo, puede ser acrecentada por la otra estrella y viceversa. La transferencia de masa generalmente se realiza en forma de gas, plasma u otro material estelar, incluido el material de las eyecciones de masa coronal u otros eventos dramáticos. Aquí, sin embargo, será la atmósfera la que se transfiera.

Por cierto, toda la idea se explora en Rocheworld de Robert Forward , que logré descubrir después de escribir el resto de esta respuesta.

Para tu información, en una búsqueda de "lóbulo de Roche" en mi navegador, el artículo de Wikipedia sobre el límite de Roche apareció antes que el artículo sobre el lóbulo de Roche. Cuidado con las diferencias entre los dos.
Esa imagen en la pregunta en la parte superior es un fan-art que representa a Rocheworld.
Como está escrito en el libro, los dos planetas están bloqueados por mareas y orbitan justo fuera del límite de Roche. Los planetas en realidad están deformados en forma de huevo y la atmósfera llena los lóbulos de Roche y fluye libremente entre ellos.
Si los planetas están fuera del límite de Roche, ¿qué tan grandes son sus atmósferas para desbordar sus lóbulos de Roche?
No tiene que ser masivo porque el gradiente gravitatorio dentro del lóbulo significa que necesitas menos energía para viajar entre los planetas que para alejarte de ellos.

La respuesta es sí y el sistema de Plutón Caronte es un ejemplo de tal arreglo. Ver este artículo de New Scientist

Dos planetas similares a la Tierra que comparten una atmósfera se exploran en un escenario ficticio en la trilogía The Ragged Astronauts de Bob Shaw .

La serie Ragged Astronauts tiene lugar en un universo diferente (esto se asusta en algunos lugares, por ejemplo, un experimento del hermano de Toller Maraquine, creo, que muestra que pi es exactamente igual a 3).

Depende de lo que se entienda por "atmósfera" Oficialmente, la atmósfera de la tierra se extiende un tercio del camino a la luna, que es extraordinariamente más lejos de lo que implica la ilustración provista. Sin embargo, a esta distancia, el aire ciertamente no es "respirable" y probablemente no sea lo que comúnmente se entiende por "atmósfera".

Entonces, ciertamente, si tuviera dos planetas como la Tierra, girando uno alrededor del otro a la distancia que orbita la luna, el intercambio de gases comienza a sonar probable. Además, la marea alta sería 8 veces más significativa de lo que es en la Tierra, dada nuestra luna actual.

tal vez alguien más podría hablar de la probabilidad de que ocurra tal sistema planetario, pero uno en su lugar, no veo ninguna razón por la cual sería inestable.

Si, SI, tuviera dos duplicados exactos de la Tierra, y estuvieran separados entre sí a la misma distancia que la Tierra de la luna, ¿tendría un escenario de Rocheworld? Entonces, ¿por qué tantos otros dicen que no es posible?

Si el requisito del planeta terrestre se puede relajar permitiendo mundos más pequeños con atmósferas más suaves, considere dos planetas del tamaño de un Titán en órbita cercana. Con su radio de 2500 km, la distancia mínima de Roche de las superficies es de 1100 km. La atmósfera de Titán a 600 km se encuentra en la mesopausa justo por encima de las capas superiores de neblina. Bajo la gravedad contraria del compañero, la atmósfera se extendería más, probablemente conectando las estratosferas, abriendo la posibilidad de viajar en globo a través del planeta.

¿Podrían dos planetas estar bloqueados por mareas entre sí tan cerca que comparten su atmósfera?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v