Mareas con 3 lunas más grandes

Me gustaría tener un planeta similar a la Tierra (~gravedad de la Tierra, ~día de la Tierra, ~año de la Tierra y océanos de agua líquida) con variaciones extremas en sus mareas. Quiero que la marea más baja revele unas 30 millas de terreno inundable, y quiero que haya ocasionales maremotos masivos. Entiendo que, en teoría, esto podría lograrse dándole al planeta varias lunas relativamente grandes con diferentes periodos orbitales, de modo que a veces están espaciadas, así equilibran las mareas (una especie de marea media), y a veces son todos juntos en un lado del planeta para que creen una marea más alta / más baja.

La estrella y otras características del sistema solar se pueden colocar bajo cualquier condición lateral para mejorar la estabilidad, si pueden mejorar la estabilidad.

Estoy construyendo ciclos de vida animal para que correspondan a diferentes condiciones de marea. Como tal, conocer la frecuencia aproximada de las mareas altas/bajas y los maremotos sería realmente útil.

¿Existe alguna manera de configurar las órbitas de las lunas de manera estable de modo que los maremotos ocurran de manera predecible y que las mareas altas y bajas sean relativamente raras? (Del orden de cada 30-40 días.)

Bonificación adicional, si puede proporcionar números escupidos para períodos orbitales viables y patrones de mareas.

Necesitaríamos saber los períodos orbitales, los tamaños relativos y las distancias a cada luna.
Es probable que tenga problemas de estabilidad orbital con varias lunas grandes (en relación con el tamaño del planeta).
Si las lunas son masivas y lo suficientemente cercanas como para afectar las mareas en una escala tan significativa, es posible que no puedan formar órbitas estables y, en cambio, se acerquen más para formar una sola luna o chocar contra el planeta. Recomendaría revisar el problema de los tres cuerpos en línea y ver cómo un sistema de múltiples cuerpos que se influyen entre sí rápidamente desarrollará patrones de movimiento bastante caóticos.
Además, si estas lunas están dentro de un sistema orbital estable, las mareas serían bastante caóticas, o simplemente seguirían la mayor influencia (piense en las tormentas cuando la luna y el sol están en una línea), mientras que las otras lunas son solo amplificadores. Mi apuesta sería que incluso si hay una solución orbital estable, las mareas serían casi impredecibles sin una comprensión compleja de las funciones de onda y las matemáticas superiores.
¡Gracias por las respuestas! El sistema solo necesitaría ser estable el tiempo suficiente para que el planeta pudiera desarrollar vida y humanos. Por el sonido de las cosas y una breve investigación del problema de los 3 cuerpos, el sistema no sería estable por tanto tiempo. ¿Podría obtener las mareas que quiero de 3 lunas pequeñas? O solo 2 lunas? Las mareas son la característica significativa de la historia. El resto se puede ajustar. (Cualquier período orbital, tamaño y velocidad viables servirá; todavía no tengo números para eso). Para predecir mareas caóticas, ¿hay simplificaciones o calculadoras que pueda usar, ya que soy analfabeto en matemáticas?

Respuestas (5)

Usando el comentario "Las mareas son la característica significativa de la historia. El resto se puede ajustar". Recomiendo una sola luna masiva (relativamente masiva en comparación con la mayoría de las lunas naturales que conocemos) en una órbita altamente elíptica, acercándose al planeta cada 30 a 40 días . Cuando se acerca, tienes las increíbles mareas que deseas. El resto del tiempo, las mareas menores son provocadas por la estrella.

Usando la Tierra y la Luna como ejemplos, porque la influencia (usando aquí términos vagos, no científicos específicos) de la gravedad aumenta exponencialmente a medida que disminuye la distancia, si la Luna cambiara a una órbita en la que estuviera solo a la mitad de la distancia de la Tierra, su influencia gravitatoria no se duplicaría, sino que se cuadriplicaría. Esto no necesariamente significaría que las mareas serían 4 veces más dramáticas de lo que son ahora, porque hay muchos otros factores, además de la simple gravedad (como las formas y disposiciones de la costa, las frecuencias y la resonancia de las olas, etc.), pero es un buen ejemplo inicial. para explicarlo

Si reduce la distancia promedio a la mitad de esa manera, pero sin cambiar la forma de la órbita (que actualmente es bastante cercana a la circular), obtiene una órbita mucho más rápida, tal vez una órbita completa cada 10 días, en lugar de los actuales 28 o entonces. Pero si luego estira la órbita a un óvalo largo y delgado, aumentando la distancia promedio nuevamente, de modo que regrese a una órbita de 30 o 40 días, puede tener un acercamiento MUCHO más cercano de lo que viene actualmente (mareas masivas por unos pocos días más o menos), y luego se retirará mucho más lejos de lo que lo hace actualmente (disminuyendo las mareas mientras se retira, aumentando cuando comienza a acercarse nuevamente).

¡Limpio! ¿Se volvería insignificante la influencia de las mareas de la luna en sus distancias más lejanas? ¿Qué tamaño tendrían las mareas únicamente por la influencia de la estrella?
@007thBondsmith La diferencia entre las mareas cuando la luna está más cerca y cuando está más lejos dependerá de qué tan lejos vaya. podría hacerse lo suficientemente lejos para ser insignificante, si eso es lo que desea, o mantenerse lo suficientemente cerca como para tener una influencia notable o incluso significativa. Es probable que las mareas de la estrella sean bastante pequeñas, a menos que su estrella sea muy masiva y de temperatura relativamente baja, de modo que el planeta pueda acercarse a toda esa masa adicional sin que el calor lo cocine. En una situación como la Tierra y el Sol, la estrella tiene relativamente poca influencia.
Puntero: Las mareas suben con el CUBO inverso de la distancia. Entonces, cuando la luna llega a la mitad de su distancia actual, las fuerzas de las mareas aumentan en un factor de 8. Las mareas típicas ahora con la tierra y la luna son de aproximadamente 4 a 6 pies sin resonancia ni efectos de chapoteo.
@SherwoodBotsford Gracias por la información. Sé lo suficiente como para no poder incluir ese tipo de detalles. Sabía que el efecto no es lineal, y que el chapoteo, etc., es un factor, simplemente no sé exactamente cómo incluir esos detalles más finos de una manera completa y precisa, así que lo mejor que pude hacer es insinuarlos. , e implican uso, para intentar que el OP se mueva en la dirección correcta. Gracias de nuevo por la aclaración y los detalles adicionales.

No puedes lograr lo que quieres con la realidad.

Debería haber explicado esto claramente cuando escribí la respuesta por primera vez. Me disculpo por no haberlo hecho. No creo que sea posible lograr los efectos que describes con la realidad. Las lunas lo suficientemente grandes como para crear los maremotos y los cambios de marea que estás describiendo harían miserable la vida en el planeta (vulcanismo, por ejemplo) y los maremotos ocurrirían todo el tiempo. Tampoco hay coincidencia de lunas más pequeñas que puedan provocarlos.

Esto te deja solo dos opciones: alejarte de lo que quieres para tu historia o vivir felizmente con la suspensión de la incredulidad.

A los efectos de la suspensión de la incredulidad, sí se puede

La "suspensión de la incredulidad" describe el equilibrio entre la realidad detallada y la ficción de modo que el lector disfrute de la historia sin distraerse con la "irrealidad" de lo que estás describiendo. Para ser honesto, realmente desea usar cualquier horario que desee para su historia. Si desea que ese evento raro ocurra solo una vez al mes, hágalo. Necesita una solución creíble, no necesariamente una solución científicamente precisa.

Habiendo dicho eso, no dejes que nuestros fanáticos de la ciencia en este sitio se salgan de control. De vez en cuando se ponen tan nerviosos diciendo "¡no puedes hacer eso!" que se olviden de que estás escribiendo una historia y no un libro de texto sobre mecánica orbital lunar.

¿Entonces Que puedo hacer?

Puede crear una condición creíble para casi cualquier tipo de estructura de marea que desee con tres lunas.

La Luna #1  es un poco más pequeña que nuestra Luna y está aproximadamente a la misma distancia. Gira alrededor del mundo en aproximadamente 30 días y el mundo gira en un día, que es lo que crea las mareas diarias. Es un buen punto de partida.

La luna #2  es una luna más grande. Cuánto más grande depende de cuánta diferencia de marea mayor necesites. No es necesario volverse loco aquí. No estamos hablando de nada más que 1,5 veces el tamaño de Luna. Está un poco más lejos en órbita y orbita más lentamente que la Luna #1, de modo que las dos lunas se alinean solo cada 30-40 días. Ahora, su planeta está girando una vez al día y eso significa que el agua directamente debajo de cualquiera de las lunasestá siendo atraído hacia dicha luna a medida que el planeta lo gira debajo de dicha luna. Sus mareas son bastante complejas ahora. La luna más grande está más lejos, por lo que su efecto general es más o menos el mismo que el de la luna más cercana y más pequeña. Básicamente, ahora tienes dos mareas por día. Pero cuando esas dos lunas se alinean, obtienes mareas ENORMES. Debe recordar que a medida que las dos lunas se acercan (y, posteriormente, se alejan), el efecto empeora lentamente. Entonces, aunque el peor día es cuando están alineados, tienes la semana por delante y la semana por detrás de mareas feas.

Gracias a @Eth por señalar que mi comentario original sobre M2 moviendo un cabello más lentamente no es creíble. Al considerar qué tan rápido se mueve cada luna, piénselo de esta manera: la luna M1 orbita una vez cada 30 días y queremos que se crucen cada 40 días más o menos. M2 viajará una parte de su órbita en el mismo M1 viaja hasta el 133% de su órbita. Cuanto menor sea el número (que debe ser inferior al 100%), más creíble será el escenario.

Luna #3  Esas dos primeras lunas están en el mismo plano orbital. Esta luna no lo es. Está inclinado como Plutón. Esto tiene un montón de efectos complejos, pero para simplificarlos: (a) las mareas de esta luna se alejan de las mareas de las otras lunas. Las mareas serán complicadas, pero también se "suavizarán" un poco. (b) Recuerde que las mareas se deben a la atracción del agua hacia la luna, y esta atracción está más cerca de los trópicos de Capricornio y Cáncer, donde las lunas #1 y #2 se atraen en el ecuador. Pero aquí está la parte divertida: (c) Ahora tienes una condición en la que las tres lunas pueden alinearse.Debido a la inclinación orbital, esa alineación tiene un efecto dramático. Ahora puedes obtener tus maremotos a través de la suspensión de la incredulidad (las tres lunas en realidad no pueden hacer esto. Ninguna luna o combinación de lunas puede hacerlo. Pero lo que buscas es contar una buena historia, no escribir un libro de texto).

El uso de cualquier combinación de estas tres lunas, su tamaño y su velocidad orbital le permite crear básicamente cualquier sistema de mareas creíble que desee. No te preocupes por ser matemáticamente correcto. Si desea un maremoto más grande, haga que la Luna #2 o la Luna #3 sean un poco más grandes. Si desea que se alineen con menos frecuencia, haga que las velocidades orbitales de la Luna #2 o la Luna #3 sean un poco más rápidas. Ajústelo lo suficiente para que las personas puedan creer lo que les está diciendo y se centren en la historia que realmente quiere contar.

"De vez en cuando se ponen tan nerviosos diciendo '¡no puedes hacer eso!' - También podrías comentar sobre este tema en particular que se enfadarán , ya que no hay manera en la tierra verde de Dios que tal el sistema será estable. Entonces, básicamente, es mejor no abordar la mecánica en absoluto. Solo diga que hay varias lunas que interactúan y salte (rápidamente) al resto de la historia.
¡Gracias por las respuestas! Si es necesario, confiaré en la suspensión de la incredulidad. (En tal caso, los detalles que ha presentado suenan muy bien y son muy agradables. Me gusta el plano orbital extraño. ¡Gracias!) Sin embargo, preferiría tener una solución que entusiasme, en lugar de alienar, a los lectores expertos. . Las mareas son la parte importante, ¿qué sistema relativamente estable me las puede dar?
@ 007thBondsmith, no lo dije en mi respuesta y debería haber sido claro al respecto. No puedes lograr lo que estás buscando con la física. Tienes dos opciones: suspensión de la incredulidad, o renunciar a lo que quieres y vivir con lo que la realidad te permite. Agregaré esto a la respuesta.
¿Qué permite la realidad, por mareas extremas? (Incluso estaría bien con mareas extremas muy predecibles)
"Luna 1 [...] Gira alrededor del mundo en aproximadamente 30 días" y "Luna 2 [...] Está un poco más lejos en órbita y orbita solo un cabello más lento que la Luna # 1, de modo que las dos lunas haga fila solo cada 30-40 días". parece incompatible
@Eth, ¿por qué? ¿Especialmente cuando ya he prescindido de la adhesión a la mecánica orbital fáctica para lograr la intención del autor?
@007thBondsmith, el problema es que las mareas son realmente complejas, tienen tanto que ver con la geografía como con los ciclos lunares, y sus consecuencias afectan el clima, que a su vez afecta toda la vida. Estás buscando una respuesta realista pero simple a un tema que la gente pasa toda su vida estudiando. Debería proporcionar un mapa preciso y detallado de su mundo (incluidas las profundidades del océano y las mediciones precisas de la altitud costera) solo para comenzar a decirle lo que es posible. Que es una forma detallada de decir sin dedicarle más tiempo del que tengo, no puedo responder a su pregunta.
@JBH Si M1 tarda 30 días en orbitar y se alinea cada 30 días con M2, significa que M2 está casi inmóvil, lo que significa que está en una órbita muy distante, tal vez imposible. Si tarda 40 días, significa que M2 estará en órbita en 90 días, lo que significa que todavía se encuentra en una órbita mucho más alta que M1.
@Eth, recuerda que la realidad de la mecánica orbital no es aplicable aquí. Sin embargo, tienes razón en que entendí el contexto al revés. El diferencial de velocidad orbital debe ser bastante grande, no bastante pequeño. Una diferencia de 10 días es el 33% de la distancia orbital de M1. Entonces, si M2 es mucho más lento (digamos, habiendo movido solo el 10% de su órbita en el tiempo requerido para que M1 se mueva el 133% de su órbita), entonces todo tiene sentido.
@JBH Punto justo. ¡Aprecio el tiempo que me has dado! ¿Recomienda alguna guía para principiantes sobre las fuerzas de las mareas? (Esp. Introducir principios sobre cómo los accidentes geográficos afectan las mareas) Por último, suponiendo que la Tierra y cambiando solo la órbita/masa de la Luna, ¿cuán extremas podrían ser las mareas promedio antes de que la Tierra se volviera inhabitable? -- Se me ocurre que el vulcanismo en realidad podría ser una buena característica para mi historia, siempre y cuando la vida aún fuera posible y común. Si las mareas de 30 millas son imposibles en un planeta habitable, estoy feliz de ajustarme significativamente a la baja. Incluso se podrían hacer funcionar 3 millas.
@007thBondsmith, creo que duplicar el tamaño de la luna sería suficiente. Pero para ser honesto, esa es una pregunta lo suficientemente específica que valdría la pena hacer aquí. "Dado que el único cambio es la masa de la luna, ¿cuánto puede aumentar la masa lunar antes de que la Tierra se vuelva inhabitable?" Etiquételo como tierra alternativa .

Comenté otra respuesta de Brythan y Dalila. Señalaron que una órbita elíptica producirá mareas masivas solo en el acercamiento cercano.

El período orbital depende únicamente del eje mayor de la elipse orbital. Si baja el perigeo en, digamos, 150 000 km y aumenta el apogeo en la misma cantidad, el período seguirá siendo el mismo de 28 días que tenemos ahora. Hay una raíz cuadrada del cubo del eje ahí. Entonces, si duplica la longitud del eje, el período aumenta en la raíz cuadrada de 2 ^ 3 o aproximadamente 3, aproximadamente 90 días.

Sin embargo, esto tiene algunos problemas secundarios:

R: Las mareas realmente masivas van a tener un gran componente de erosión. Pones 50 pies de agua una y otra vez, y las corrientes que mueven esa agua hacia y desde el océano van a barrer la tierra. No tendrás marismas. Tendrás roca desnuda. Si 30 millas de planicies están expuestas durante un ciclo de marea de 11 horas, entonces tiene velocidades de marea promedio de 60/11, aproximadamente 5 millas por hora. En primera aproximación, son sinusoidales, por lo que la velocidad máxima sería de aproximadamente 7,5 millas por hora. Eso significaría que las mareas llegan a una velocidad a la que la mayoría de las personas no pueden correr largas distancias. Eso es mejor que un maratón de 4 horas.

Busque las mareas en el Canal de la Mancha. Busque también las corrientes de marea. Multiplique por 8. Subir y bajar de la costa va a ser un desafío.

Las mareas se ven afectadas por la forma de la tierra. La Bahía de Fundy canaliza las mareas y, en lugar de 4 a 6 pies, tiene lugares con mareas de hasta 40 pies. La costa del Pacífico cerca de Kitimat tiene mareas de 15 a 25 pies ahora.

B: No son sólo los mares los que tienen mareas. El aire también. Presión de aire de fluctuación lunar de Google. (¿4 mb?) Bastante pequeño en este momento. El mismo factor se aplicará a esos cambios. Incluso ahora hay una probabilidad ligeramente mayor de tormentas en luna nueva y luna llena, en parte debido a la marea de aire más grande. Puedes usar esto para hacer algunos desastres más.

C: Las mareas de aire rasparán la atmósfera. Necesitas tener un proceso natural que regenere el ambiente. Busque los orígenes de la atmósfera.

D: La corteza terrestre también será deformada por las mareas. Esta flexión genera calor. Vas a tener muchos más terremotos y mucho más vulcanismo. El vulcanismo genera mucho CO2. Varias de las extinciones de la Tierra se atribuyen a grandes eventos volcánicos, ya sea como eventos principales o desencadenantes. Esto resuelve tu problema de aire, pero te quedarás sin nitrógeno. Esto también ayudará a reconstruir las costas erosionadas.

E: Debido a la mayor variación de la distancia, las tablas de mareas van a ser mucho más complicadas.

F: Elija su distancia correcta, y la luna en perigeo disminuirá la velocidad y se detendrá. La luna estará orbitando a la misma velocidad que gira la tierra. Esto alargará el período de marea alta. Para hacer justicia a esto, debe invertir en un simulador orbital decente.

G: En este momento la órbita de la luna es treinta y cambia grados inclinada a la rotación de la Tierra. Esto tiene una influencia estabilizadora en la inclinación de la tierra. Poner en un ángulo aún más pronunciado haría que el patrón de maremoto no se repitiera con tanta frecuencia.

H: La Tierra en un punto tenía un día de 6 horas. Los tirones de las mareas han ralentizado la tierra, con la energía aumentando el diámetro de la órbita de la Luna. Esto sucedería más rápido con la órbita elíptica. El proceso tiende a hacer que la órbita sea más circular, ya que la mayor parte de la transferencia de energía se produce en el perigeo. Tienes que explicar por qué no es más redondo. (Puede dejarlo como un misterio sin resolver. Luego, en una secuela, plantee algunos Motores de Dios que impulsan el mantenimiento de la estación. Niven tuvo que hacer esto cuando los estudiantes del MIT descubrieron que el Mundo Anillo no era estable).

La forma más sencilla de modelar la propagación y dispersión de ondas es a través de una onda sinusoidal. Comencemos modelando el efecto de una luna individual en 1 posición constante usando la siguiente ecuación:

WaterSurfaceElevation = Amplitud × sen (( Frecuencia × T ) + Fase)

Para nuestros propósitos:
Amplitud = La fuerza de la luna durante su pico
Frecuencia = Cuántas veces la luna completa una órbita en una unidad de tiempo
T = Tiempo desde el inicio del ciclo de la Luna
Fase = Fase en T(0) con 360 igualando a uno 1 ciclo completo

La luna roja tiene: una amplitud de 1,5, una frecuencia de 1,2 y una fase de 0 La luna azul tiene: una amplitud de 1, una frecuencia de 0,7 y una fase de 90

ingrese la descripción de la imagen aquí

La línea verde representa el efecto neto de ambas lunas. Este proceso se puede utilizar para cualquier número de lunas.

Sobre la posibilidad de que 3 lunas orbiten alrededor de 1 planeta, esto es muy posible. Primero arreglamos las órbitas de tal manera que satisfaga el Problema de los 3 Cuerpos . Si bien esta es una tarea muy compleja, el Instituto de Física de Belgrado ha compilado una demostración de las diversas "familias" de soluciones . Cualquiera de estas soluciones se puede modificar para resolver este problema. Para contrarrestar la atracción gravitacional de un objeto central, las velocidades iniciales podrían escalarse proporcionalmente. Si bien es extremadamente improbable, la física se verifica.

Verificación de la realidad:

He preguntado en este foro, physics.SE y varios otros foros basados ​​en la ciencia si son posibles múltiples lunas significativas.

Criterios:

  • Tenía que tener un diámetro visual de al menos 1/2 grado (igual que Luna)
  • Aproximadamente la misma densidad.

De todos los ejemplos existentes de sistemas multicuerpo en el sistema solar, el primario es MUCHO más masivo que los satélites.

Hasta ahora, todas las respuestas han sido "No" o no obtuvieron ninguna respuesta.

He jugado con un simulador, probando una luna del tamaño de la luna y una de 1/2 del diámetro (= 1/8 de la masa) a 1/4 de la distancia. Esto da mareas del mismo tamaño que Luna, es visualmente más grande que la luna.

Pasé un tiempo ajustando las órbitas tratando de golpear o evitar resonancias. La mayoría arrojó la luna más pequeña fuera del sistema o la estrelló contra la tierra.

Como contraejemplo, tenemos a Marte con dos lunas en órbitas bastante cercanas, pero con masas pequeñas, lo suficientemente pequeñas como para que incluso si Marte tuviera océanos, las mareas serían insignificantes.

¡Gracias por aterrizarme! Cuando dices que la mayoría de las órbitas en tu simulación arrojaron la luna más pequeña o la estrellaron, ¿quieres decir que algunas órbitas no lo hicieron?
Mareas con 3 lunas más grandes
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