¿Son estables las órbitas de las lunas de Jool?

El sistema Kerbol ficticio incluye

...cinco planetas: Moho, Eve, Kerbin, Duna y Jool; y dos planetas enanos: Dres y Eeloo; orbitar a su alrededor. Kerbol contiene el 99,97 % de la masa del sistema Kerbol. Esto es muy similar a nuestro sol, que contiene el 99,86 % de la masa del sistema solar del mundo real.

y

Jool es un gigante gaseoso y el sexto planeta del sistema estelar Kerbol. Es el análogo de Júpiter para el Programa Espacial Kerbal. Aparte de Kerbol, Jool tiene el mayor diámetro y la mayor masa de todos los cuerpos celestes. Su gravedad extremadamente alta hace que las maniobras orbitales sean desagradablemente costosas. Si bien su distancia de Kerbin hace que sea difícil de alcanzar, es uno de los objetivos más atractivos para las misiones debido a su gran y complejo sistema de cinco lunas: Laythe, Vall, Tylo, Bop y Pol.

Estoy preocupado por las lunas de Jool. Creo que el programa KSP los propaga en órbitas Kepler fijas, perfectamente repetitivas y cerradas. Pero si la realidad se estableciera y comenzaran a experimentar la gravedad del otro, me temo que están demasiado cerca y comenzarán a jugar con las órbitas del otro.

Pregunta: ¿Son estables las órbitas de las lunas de Jool? Si no, ¿cuánto tiempo antes de que el sistema se vuelva irreconocible o uno sea expulsado o choque con Jool?

Voto para cerrar esta pregunta porque las preguntas sobre la mecánica orbital ficticia no tienen sentido. Lo siguiente que sabes es que tendremos casacas pardas en pánico preguntando cuánto tiempo tienen antes de que el verso se derrumbe. Quizás reescriba completamente para preguntar cómo calcular la estabilidad orbital de un sistema de n cuerpos.
@JCRM Ese razonamiento es defectuoso porque la mayoría de las preguntas de mecánica orbital aquí son sobre órbitas ficticias ; muy pocos son sobre órbitas reales de objetos reales. La gente no aprende sobre mecánica orbital comprando naves espaciales y haciéndolas volar para ver qué pasa, lo hacen calculando problemas hipotéticos.
De ahí la reescritura sugerida. Y tu razonamiento es erróneo porque hay una diferencia entre ficticio e hipotético.
Preguntas sobre órbitas de objetos hipotéticos 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12
Al inventar razones cercanas novedosas, primero se debe verificar para ver si no hay un precedente. Si la objeción es a algo que se acepta regularmente en el sitio, entonces es una objeción defectuosa.
@JCRM diez preguntas sobre Kerbin , veintiuna preguntas sobre KSP , siete publicaciones sobre Duna Si uno quiere crear una nueva razón de cierre, debe llevarlo a meta. Aparentemente, las preguntas hechas por otros usuarios sobre mundos ficticios están bien y son bien recibidas.
Creo que la idea de si es ficticio o no es tan importante. Sin embargo, creo que la estabilidad del sistema no es especialmente relevante para este sitio y que esta pregunta se adapta mejor a Astronomy SE.
@Puffin, el uso de simuladores orbitales numéricos está perfectamente relacionado con el tema aquí; es lo que hacen los exploradores espaciales. Cada vez que desee poner una nave espacial en una órbita alrededor de Júpiter o Saturno con un sistema lunar complicado, debe prestar mucha atención a cómo las perturbaciones gravitacionales de todas esas otras lunas afectan su órbita de interés. Desde el punto de vista de la integración numérica esto es lo mismo. Y, por supuesto, "más adecuado" nunca es una razón cercana.
Ok, entiendo tu punto. Había visto que la estabilidad de la órbita de un satélite es una cosa, la estabilidad mutua de un sistema planetario es otra muy distinta y asumí que la distinción (es decir, interacciones mutuas o no) es la línea divisoria que significa que encontrará menos personas con un opinión educada aquí y más sobre Astronomy SE.
@Puffin Consideré ambos sitios y me pregunté "¿Cuántas preguntas anteriores sobre el sistema Kerbol y/o KSP han tenido éxito en Astronomy SE en comparación con cuántas aquí?" Como tenía una idea de que la respuesta era muchas más aquí que allá , aquí es donde decidí publicar.
@uhoh, de esa lista de preguntas de "escribir una historia" que proporcionó, todas menos una hacen preguntas del mundo real, y la parte de escritura se usa para establecer el contexto de la pregunta. su lista de preguntas sobre objetos hipotéticos incluye varias de las formas en las que le sugerí que reescribiera esta, una que ha sido cerrada, una con la etiqueta de diseño alternativo "esta es una pregunta basura" y una que he VTCed. Y, por supuesto, "más adecuado" es una razón de cierre perfectamente válida.
... y, por supuesto, "existen otras cosas" nunca es una razón para no VTC o votar a favor.
@JCRM Ilustré que aquí no hay problema con la ficción, ni con las órbitas hipotéticas ni con las órbitas de cuerpos u objetos hipotéticos, ni con KSP o el sistema Kerbol. Cuanto más limitada y enrevesada la razón por la que uno intenta elaborar para cerrar solo esta pregunta y evitar todas esas, más parece que esta pregunta está recibiendo una cantidad indebida de atención altamente enfocada. Puede que ese no sea el mejor uso del tiempo .
Tonterías, no has demostrado tal cosa.
Esto ha sido respondido por la comunidad de modding de KSP. github.com/mockingbirdnest/Principia/wiki/…
Las lunas de Jools son bastante famosas entre la comunidad de KSP precisamente porque son hilarantemente inestables tan pronto como agregas la física de 3 cuerpos.

Respuestas (2)

Esta es una preocupación estudiada por el equipo de modders de KSP que escribieron Principia, una implementación gravitacional de n-cuerpos. Han publicado un documento que explica el problema con el sistema de stock (un encuentro muy cercano entre Vall y Laythe unos días después de la simulación).

Para remediar esto, modifican el sistema Jool para lograr estabilidad cuando se carga Principia. El enlace de arriba pasa la última mitad del documento discutiendo la estabilidad de este sistema modificado.

Estos son los detalles de la modificación:

[Modificamos el sistema Jool...] ​​aumentando el tamaño de las órbitas de Vall y Tylo, evitando así averías del sistema Jool interno debido a resonancias; haciendo que la órbita de Bop sea retrógrada, como lo sugieren Scott Manley y @pdn4kd, para que Tylo no lo saque del sistema (que ahora se acerca más).

Si bien no parece probable que el sistema resultante se descomponga dentro de un siglo, encontramos que es muy caótico, principalmente debido a las interacciones entre Bop y Tylo. En el resto de este documento, discutimos las implicaciones de este comportamiento caótico en la previsibilidad del sistema y observamos algunas características del movimiento de las lunas joolianas.

En resumen, no, las lunas de Jool (como se define en stock KSP) no son estables.

¡Oh, esto es fascinante! Gracias por su respuesta y paciencia esperando el tonto ciclo insaclose-reopen. Creo que aquí hay un buen mensaje para los exploradores del espacio; Si bien no diseñan sistemas de lunas, sí diseñan órbitas que se mueven entre esas lunas y tratan de mantenerlas allí, por ejemplo, el ovillo de hilo de Cassini y los sobrevuelos de Juno sobre las lunas galileanas de Júpiter .

Dado que estos objetos tienen masas conocidas y parámetros orbitales con unidades físicas, la estabilidad del sistema se puede investigar numéricamente.

Desde Jool hice clic en los cinco enlaces a sus lunas y compilé los números aquí. Es probable que la anomalía media en la época ("0 UT") esté en radianes y sea menos precisa que todos los demás valores por alguna razón.

name       a (km)      e       i(°)   ω (°)    Ω (°)     M (rad?)     mass (kg)
------   -------     -----    -----   -----    -----     -------     ------------    

Jool (central body)                                                  4.2332127E+24

Laythe    27,184     0         0        0        0         3.14      2.9397311E+22
Vall      43,152     0         0        0        0         0.9       3.1087655E+21
Tylo      68,500     0         0.025    0        0         3.14      4.2332127E+22
Bop      128,500     0.235    15.      25       10         0.9       3.7261090E+19
Pol      179,890     0.171     4.25    15        0         0.9       1.0813507E+19

Entonces, no es sorprendente que alguien lo haya hecho, y de acuerdo con la herencia de nuestros sitios de tomar muy en serio las preguntas sobre el sistema Kerbol, haré referencia a este maravilloso cálculo.

De las notas debajo del video N-body simulación del sistema solar de KSP: primer plano de las lunas de Jool (punta de sombrero para @Elaskanator )

Recientemente subí un video que muestra los resultados de una simulación de n-cuerpos del sistema solar del Programa Espacial Kerbal. Durante un período de tiempo de 100 años, el sistema es estable, excepto las lunas de Jool. Vall es expulsado de Jool muy rápidamente, y Pol finalmente lo sigue unas décadas más tarde.

Este video muestra el movimiento de las lunas de Jool durante los primeros 3 ms de la simulación para que la eyección de Vall se pueda ver claramente. Después de una serie de pases cercanos por Laythe, la órbita de Vall se empuja lo suficientemente alto como para encontrar a Tylo, lo que lo impulsa a una órbita elíptica mucho más alta. Unas pocas órbitas más tarde, tiene otro encuentro cercano con Tylo y es expulsado de Jool por completo, y luego orbita Kerbol de forma independiente. Por 2.4 ms se ha ido.

Esta simulación se realizó utilizando el esquema de Runge Kutta integrado de quinto orden RK5(4)7M de Dormand y Prince con un límite de error de posición local de 0,1 mm. La simulación de los 3 Ms de movimiento del sistema Kerbol tomó solo un par de segundos.

Normalmente no respondo mis propias preguntas, pero en este caso me pareció prudente. Es probable que se obtengan mejores respuestas, pero esto debería poner las cosas en marcha.
Bueno, verás eso, otra pregunta en la que estabas haciendo perder el tiempo a la gente.
@JCRM cualquier usuario que lea o interactúe con una publicación de intercambio de pila lo hace de forma voluntaria, lo hace porque quiere hacerlo. Si siente que su tiempo no está bien empleado interactuando extensamente con esta publicación, entonces hay una solución simple y obvia para eso, ¿verdad?
La solución simple y obvia es denunciar ese mal comportamiento para que no se normalice.
Disfruté viendo la simulación. Gracias, oh.
¿Son estables las órbitas de las lunas de Jool?
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