Astronomía

Variaciones del semieje mayor en lunas coorbitales

Variaciones del semieje mayor en lunas coorbitales


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He estado jugando con simulaciones de cuerpos coorbitales similares a las lunas de Saturno, Jano y Epimeteo, órbitas en herradura donde los dos cuerpos tienen una masa comparable, y veo algunos patrones muy extraños que no puedo explicar.

Lo que "debería" suceder es que el cuerpo con la órbita un poco más pequeña eventualmente superará al cuerpo exterior; cuando su interacción mutua se vuelve significativa en comparación con sus interacciones con el primario, la parte inferior del cuerpo se acelera hacia adelante a una órbita más alta, mientras que el cuerpo superior se acelera hacia atrás a una órbita más baja, cambian de posición alrededor de su radio orbital promedio y luego se separan nuevamente .

Sin embargo, lo que veo en la simulación es un poco más complicado. Cuando simulo el sistema Saturno + Jano + Epimeteo, el semieje mayor de las lunas migra muy lentamente más lejos de su promedio hasta que intercambian; justo alrededor del intercambio, la diferencia en los semiejes mayores se maximiza, y se acercan durante medio ciclo y luego se separan nuevamente antes del siguiente intercambio. Esto crea formas "u" y "n" en el gráfico del semieje mayor a lo largo del tiempo, con los gráficos de cada luna en fases opuestas.

Para Jano y Epimeteo, el efecto es muy pequeño, pero el aumento de las masas de las lunas lo amplifica, hasta el punto de que la separación máxima en los radios orbitales que se produce durante el acercamiento más cercano de las lunas es diez o más veces mayor que la de las lunas. separación "normal" durante la mitad de un ciclo.

Por supuesto, existe la posibilidad de que esto sea un artefacto de errores en mi software de simulación, pero creo que es poco probable dado lo siguiente:

  1. Todos los demás aspectos del sistema Janus + Epimetheus se reproducen perfectamente: los períodos orbitales individuales son correctos, los semiejes principales promedio son correctos, la frecuencia de los intercambios es correcta y mi simulación conserva energía en menos de 1 parte en 1 billón en un petasegundo de tiempo de simulación (aprox. 31.689 años).
  2. El efecto es perfectamente regular y los sistemas simulados permanecen estables. Si el efecto fuera el resultado de errores de simulación, no esperaría que se comportaran tan bien.

Mi primer pensamiento fue que tal vez el semieje mayor de cada luna estaba siendo afectado por la gravedad adicional de la otra luna cuando están en lados opuestos de la primaria entre sí, y cuando se acercan más de cerca no estarán tirando de cada una hacia el primario con tanta fuerza. Eso, sin embargo, debería resultar en una expansión y contracción uniforme de las órbitas de ambas lunas a medida que se acercan y alejan respectivamente una de la otra. Lo que realmente veo es que la órbita de la luna interior se vuelve menor mientras que la órbita de las lunas exteriores se pone mas grande, y viceversa.

Entonces, ¿es probable que esto sea solo un error de simulación después de todo (si ayuda, estoy usando el algoritmo de integración de Hermite de cuarto orden)? Si no es así, ¿cuál es la explicación? ¿Se ha documentado anteriormente tal efecto y, de ser así, dónde?


Epimeteo (luna)

Epimeteo (ep'-i-mee'-you-us, griego & # x0395 & # x03C0 & # x03B9 & # x03BC & # x03B7 & # x03B8 & # x03B5 & # x03CD & # x03C2) es una luna de Saturno. También se conoce como Saturno XI. Lleva el nombre del mitológico Epimeteo.

Epimeteo ocupa esencialmente la misma órbita que la luna Jano. Los astrónomos asumieron que solo había un cuerpo en esa órbita y, en consecuencia, tuvieron dificultades para descubrir sus características orbitales; obviamente, es imposible reconciliar las observaciones de dos objetos distintos como un solo objeto.

Audouin Dollfus observó una luna el 15 de diciembre de 1966, que propuso llamarla "Janus" [3]. El 18 de diciembre, Richard L. Walker hizo una observación similar que ahora se acredita como el descubrimiento de Epimeteo [4]. Sin embargo, en ese momento, se creía que solo había una luna, extraoficialmente conocida como "Janus", en la órbita dada.

Doce años más tarde, en octubre de 1978, Stephen M. Larson y John W. Fountain se dieron cuenta de que las observaciones de 1966 se explicaban mejor por dos objetos distintos (Jano y Epimeteo) que compartían órbitas muy similares. Esto fue confirmado en 1980 por la Voyager 1, por lo que Walker comparte oficialmente el descubrimiento de Epimeteo con Larson y Fountain.

El descubrimiento de la Voyager de 1980 fue designado S / 1980 S 3, y fue nombrado oficialmente "Epimeteo" en 1983. El nombre de Janus fue aprobado oficialmente por la IAU al mismo tiempo, aunque el nombre se había utilizado informalmente desde que Dollfus lo propuso unos días después. el descubrimiento de 1966.

Relación orbital entre Epimeteo y Jano

Epimeteo y Jano son "coorbitales". El radio orbital de Jano desde Saturno es de 151,472 km y el radio de órbita de Epimeteo es de 151,422 km, una separación de solo 50 km. Dado que las órbitas más cercanas tienen velocidades más altas, las dos lunas inevitablemente deben acercarse entre sí, y dado que el diámetro de Epimeteo es de 115 km y el de Jano es de 178 km, parecería a primera vista que una colisión también es inevitable. Pero a medida que la luna interior alcanza a la luna exterior, su atracción gravitacional mutua aumenta el impulso de la luna interior y eleva su órbita, lo que hace que se ralentice. La luna exterior pierde la misma cantidad de impulso y cae a una órbita más baja al mismo tiempo, acelerándola. Así, las lunas "intercambian" órbitas y comienzan a separarse de nuevo, sin acercarse realmente entre sí. El intercambio tiene lugar aproximadamente una vez cada cuatro años, el siguiente acercamiento más cercano es en enero / febrero de 2006. Este arreglo es único en el sistema solar, hasta donde se conoce actualmente.

Otras órbitas inusuales incluyen la órbita retrógrada de Triton alrededor de Neptuno, y la órbita & quothorse-shoe & quot de Cruithne y (potencialmente) docenas de otros objetos en órbitas similares [5].

Características físicas


Epimeteo, fotografiado por la Voyager 1 (NASA)

Hay varios cráteres epimeteos de más de 30 km de diámetro, así como crestas y surcos grandes y pequeños. El cráter extenso indica que Epimeteo debe ser bastante antiguo. Janus y Epimetheus pueden haberse formado a partir de una interrupción de un solo padre para formar satélites coorbitales, pero si este es el caso, la interrupción debe haber ocurrido al principio de la historia del sistema de satélites. Por su muy baja densidad y su albedo relativamente alto, parece probable que Epimeteo sea un cuerpo helado muy poroso. Sin embargo, existe mucha incertidumbre en estos valores, por lo que esto queda por confirmar.

El orbitador Cassini realizará un sobrevuelo de Epimeteo el 3 de diciembre de 2007.

Lista de características geológicas en las lunas más pequeñas de Saturno

. | Pandora | Janus, Epimetheus | Mimas | .

Satélites naturales de Saturno

Pan | Daphnis | Atlas | Prometheus | S / 2004 S 6 | S / 2004 S 4 | S / 2004 S 3 | Pandora | Epimeteo y Jano | Mimas | Methone | Pallene | Encelado | Telesto, Tethys y Calypso | Polideuces, Dione y Helene | Rhea | Titan | Hyperion | Iapetus | Kiviuq | Ijiraq | Phoebe | Paaliaq | Skathi | Albiorix | S / 2004 S 11 | Erriapo | Siarnaq | S / 2004 S 13 | Tarvos | Mundilfari | S / 2004 S 17 | Narvi | S / 2004 S 15 | S / 2004 S 10 | Suttungr | S / 2004 S 12 | S / 2004 S 18 | S / 2004 S 9 | S / 2004 S 14 | S / 2004 S 7 | Thrymr | S / 2004 S 16 | Ymir | S / 2004 S 8


2 respuestas 2

Hay muchos puntos erróneos en su razonamiento.

En primer lugar, si un cuerpo está en el punto L3 del sistema Tierra-Sol, está orbitando al Sol en la misma órbita de la Tierra, por lo que no puede ser una segunda Luna.

Además, L3 está mucho más distante que la Luna de la Tierra, que también es uno de sus requisitos.

Por último, pero no menos importante, para responder a su pregunta sobre la estabilidad.

El Sol-Tierra L3 es inestable y no puede contener un objeto natural, grande o pequeño, por mucho tiempo. Esto se debe a que las fuerzas gravitacionales de los otros planetas son más fuertes que las de la Tierra (Venus, por ejemplo, se encuentra a 0.3 AU de este L3 cada 20 meses).

Si en cambio, por casualidad, se refiere a L3 del sistema Tierra-Luna, se mantendrá la misma consideración: las fuerzas inducidas por la primera Luna (que coloca en algún lugar entre L1 y L2) y el Sol perturbarían rápidamente cualquier cuerpo que se encuentre en L3.

Un pequeño asteroide podría orbitar la Tierra a la distancia de la Luna en el punto L4, 60 grados por delante de la Luna, o el punto L5, 60 grados detrás de la Luna. Las órbitas en los puntos L4 o L5 se denominan órbitas troyanas.

Los puntos lunares L4 y L5 también se consideran puntos estables para hábitats espaciales artificiales, lo que explica el nombre de la Sociedad L5.

Pero tengo la impresión de que en Trojan obits el objeto principal, en este caso la Tierra, debería tener muchas veces la masa del objeto secundario, en este caso la Luna, que a su vez tiene que tener muchas veces la masa del objeto terciario. en el punto L4 o l5.

Hasta donde yo sé, los únicos objetos en los puntos L4 y L5 de la Luna son concentraciones de polvo interplanetario llamadas nubes de Kordylewski, tan débiles que, aunque se detectaron por primera vez en 1956, no se confirmaron hasta 2018. Su masa debe ser diminuta en comparación. al de la Luna.

Quizás la Tierra podría tener dos lunas de igual masa en la misma órbita, a 60 grados de distancia, una luna en el punto L4 60 grados por delante de la otra y la otra luna en la posición L5 6 grados detrás de la otra. Pero no sé si tal situación sería estable, y no conozco ejemplos de tal situación.

Se ha afirmado que dos planetas con masa similar podrían ser estables en la misma órbita si estuvieran separados por 60 grados.

Dos planetas con masas similares también pueden compartir la misma órbita si orbitan a 60 grados de distancia. Esto significa que cada uno está en el punto de Lagrange L4 / L5 del otro. Este tipo de configuración surge de nuestras simulaciones por computadora, y esperamos encontrar una de estas configuraciones entre los sistemas de exoplanetas.

Si eso es correcto, dos lunas de masa idéntica también deberían poder compartir la misma órbita, espaciadas 60 grados.

Aqui esta alguna informacion adicional.

El blog PlanetPlanet tiene un conjunto de publicaciones llamado The Ultimate Solar System, que diseña sistemas solares que tienen tantos planetas habitables como sea posible.

La publicación The Ultimate Engineered Solar System diseña un sistema solar que no tiene planetas individuales en cada órbita, sino anillos de planetas en cada órbita.

Parece que un sistema solar podría tener varios planetas compartiendo la misma órbita, siempre que los planetas tengan la misma masa y estén igualmente espaciados en la órbita. La fuente es este documento:

Aparentemente, tal anillo de planetas podría ser estable con siete a cuarenta y dos planetas en una sola órbita.

Y lo que es estable para un anillo de planetas alrededor de una estrella también sería estable para un anillo de lunas alrededor de un planeta. Excepto que la gravedad de la estrella sería un factor perturbador.

La Luna tiene una masa de 0.012300 de la masa de la Tierra, y la órbita de la Luna con un eje semi-mayor de 384,399 kilómetros tendría una circunferencia de aproximadamente 2,415,248.1 kilómetros si fuera circular.

Entonces, si hubiera 7 lunas a la distancia de la Luna y con la misma masa que la Luna, tendrían una masa total de 0.0861 masa terrestre, y estarían espaciadas 51.4285 grados, o alrededor de 345,035.44 kilómetros, en su órbita compartida. .

Entonces, si hubiera 42 lunas a la distancia de la Luna y con la misma masa que la Luna, tendrían una masa total de 0.5166 masa terrestre, y estarían espaciadas 8.5714 grados, o alrededor de 57.505.904 kilómetros, en su órbita compartida. .

En otra publicación, Cohortes de planetas coorbitales, se propuso que los arcos de planetas podrían compartir órbitas estables y no necesitaban ser anillos completos.


1 respuesta 1

El Proyecto Hunt for Exolunas con Kepler no ha podido encontrar hasta ahora exolunas. Este es un hallazgo negativo (hasta ahora). Los hallazgos negativos siempre son un poco más difíciles de explicar que los positivos. Este hallazgo negativo puede significar algo muy significativo o puede tener muy poca importancia:

Tal vez es mucho menos probable que los exoplanetas tengan exolunas que la abundancia de lunas en nuestro sistema solar sugeriría o

Tal vez los exoplanetas cercanos que Kepler estaba predispuesto a encontrar tienen menos probabilidades de tener exolunas o

Quizás el grupo no ha estudiado suficientes exoplanetas y hasta ahora ha tenido un poco de mala suerte. Al leer sus artículos, su enfoque excede el uso intensivo de la CPU, lo que lleva décadas de tiempo de CPU por planeta investigado

Tal vez su técnica no sea tan buena para detectar exolunas como creen o


Cálculo

El sistema tierra-luna no es un sistema aislado de dos cuerpos, por lo que el cálculo de la posición de la luna requiere una corrección que va más allá de la gran desigualdad , que se debe en particular a las influencias gravitacionales del sol. En el contexto de una teoría de la perturbación, se puede calcular que los elementos de la órbita de Kepler de la luna están sujetos a cambios temporales debido a la influencia del sol: la posición del perigeo y el nodo ascendente "se mueven" linealmente en el tiempo debido a la perturbación (llamada perturbaciones seculares ), todos los elementos de la órbita y, en particular, el semieje mayor, la excentricidad numérica y la inclinación orbital de las perturbaciones periódicas que dependen de la longitud eclíptica de la luna λ metro y el sol λ s . Algunos términos tienen dependencias periódicas del doble ángulo entre el sol y la luna, incluido un término que afecta al semieje mayor. Este término puede entenderse como el compresión de la órbita lunar hacia el sol. Estas perturbaciones conducen a un cambio en la longitud eclíptica de la luna en una primera aproximación alrededor del sumando: 2 (λ s - λ m) < displaystyle 2 ( lambda _ - lambda _ )>

donde μ = ω s / ω metro 0,075, la relación entre el mes sidéreo y el año sidéreo. Esta primera aproximación proporciona solo una estimación aproximada con una amplitud de solo aproximadamente 0,44 grados. Un análisis más detallado muestra que la amplitud total es de 39,5 minutos de arco, es decir, H. 0,66 grados. Los primeros enlaces

no dependen de la excentricidad numérica en contraste con la gran desviación y efecto. Los 5 minutos de arco restantes, sin embargo, son el resultado de términos que dependen tanto de la excentricidad de las órbitas lunar como terrestre. El período de la perturbación resulta de

D. H. exactamente un mes sinódico.

El cálculo que aquí se presenta es, en principio, también válido para las lunas de otros planetas. Dado que prácticamente solo depende de la relación de frecuencia μ, se ve rápidamente que es mucho más pequeño para todas las demás grandes lunas del sistema solar que para la luna de la Tierra (μ≈1 / 13). En relación con μ, la luna Jápeto de Saturno con μ≈1 / 135 está en segundo lugar antes que la luna de Júpiter Calisto con μ≈1 / 260. Sin embargo, debido a la dependencia cuadrática de μ, el tamaño del efecto en Jápeto es solo 1% o 0,25% del tamaño de la luna de la Tierra. Además, como en el caso de la acción, las perturbaciones debidas al aplanamiento del planeta central y los planetas vecinos son mucho más relevantes en las grandes lunas de los planetas gaseosos.


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Atmósfera de Urano

  • La razón es la falta de calor interno, a diferencia de otros planetas jovianos.
  • Las nubes de Urano son frías y no se elevan por encima de la capa superior de neblina.
  • Da como resultado una apariencia generalmente uniforme.

Se pueden ver más detalles a mear longitudes de onda infrarrojas, especialmente aquellas longitudes de onda infrarrojas que pueden mirar a través de la capa de neblina de metano. Estas imágenes infrarrojas revelan nubes ocasionales y tormentas ciclónicas, así como bandas y zonas débiles.


Variaciones del semieje mayor en lunas coorbitales - Astronomía

Astronomía
Revisión uno
Para prueba el 25 de septiembre de 2001

Si conoces el significado de todos los conceptos que se describen a continuación, ¡debes sacar al menos 105 en la primera prueba! También puede beneficiarse de la revisión asistida por computadora, como se describe en el programa de estudios. La lección 1 sobre astronomía básica y la lección 2 sobre el sistema solar deberían ser las lecciones más útiles. También puede revisar las notas de la conferencia en la web.

Definiciones: Astronomía, universo, plano ecuatorial, ascensión recta, declinación, unidad astronómica, año luz, constelación, eclipse, plano eclíptico, geocéntrico, heliocéntrico.

Movimientos de la Tierra: movimientos diarios, movimientos anuales de estrellas.

Leyes de Kepler del movimiento planetario:

1. Los planetas se mueven en órbitas elípticas, con el sol en un foco.

2. Una línea de radio barre áreas iguales en intervalos de tiempo iguales.

3. Período 2 (en años) = semieje mayor 3 (en AU).

1. Un objeto permanece en reposo o en movimiento uniforme a menos que una fuerza externa actúe sobre él.

2. La fuerza neta = masa por aceleración.

3. Para cada fuerza de acción hay una fuerza de reacción igual y opuesta.

Ley de la gravedad de Newton: todo objeto atrae a cualquier otro objeto con una fuerza que es proporcional a sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.

Ley de la gravedad + tercera ley de Kepler - fórmula & gt para masa versus período y radio de órbita de un satélite:

Luz: onda electromagnética y una corriente de partículas, moviéndose a 186.000 mi / seg o 3x10 8 metros / seg.
ley de la intensidad del cuadrado inverso.

Longitudes de onda: radio (más largo) - infrarrojo - visible - ultravioleta - rayos X - rayos gamma (más corto)

Telescopios: Reflectante (espejo), Refractante (lente).

Tipos de observación: Vista directa, fotográfica, filtros, espectros, fotómetros.

Planetas: Todos giran en sentido antihorario cerca del plano de la eclíptica, órbitas casi circulares.

Terrestre: elementos más densos, mucho menos ligeros, superficie sólida.

Mercurio: caliente, reflector pobre, cráteres, escarpes, maría, órbita excéntrica, período de rotación = 2/3 período orbital.

Venus: densa capa de nubes - & gt efecto invernadero - & gt superficie caliente.
la superficie es montañosa, rocosa. rotación inversa lenta.
presión = 90 x atmósfera terrestre.

Tierra: Azul, blanca, tiene vida, mayor erosión, tectónica de placas, la inclinación del eje de 23,5 grados produce estaciones.

tierra-luna se pueden llamar co-planetas.

Luna: cráteres, maría, mejor registro temprano del sistema solar,
provoca mareas, eclipses solares en la tierra, poca atmósfera.

Marte: Planeta rojo, estaciones, seco, .01 de atmósfera terrestre.
Casquetes polares = H2O & amp CO2 hielo.
Rocosas, montañas, escarpes. No vida detectada!

Gigante: Menos densos, más elementos ligeros, giro rápido, más satélites, anillos.

Júpiter: el más grande. Mancha roja, bandas, atmósfera superior turbulenta,
principalmente H y He, similar a las cosas originales del sistema solar,
al menos 16 lunas, anillos débiles, enorme campo magnético, fuertes emisiones de radio, 4 grandes satélites distintivos.

Saturno: De menor densidad, anillos prominentes de pequeñas partículas - 'pastoreadas' por pequeñas lunas.
Al menos 18 lunas
Titán - luna con mayor atmósfera.

Urano: Eje de rotación ligeramente por debajo del plano de la eclíptica, 5 lunas principales, al menos 10 lunas pequeñas y 11 anillos tenues.

Neptuno: gemelo físico de Urano, excepto rotación casi normal, 2 lunas principales con órbitas extrañas.
varios anillos débiles.
Al menos 6 lunas menores, algunas lunas & quotshepherd & quot.

Plutón: (no terrestre, pero ciertamente no es un gigante) La órbita más excéntrica, a veces dentro de la de Neptuno, generalmente más allá.
Satélite, Caronte muestra que Plutón es más pequeño, menos denso de lo que se pensaba anteriormente.

Asteroides: principalmente entre las órbitas de Marte y Júpiter. pequeños trozos, podría haber sido un planeta pero no lo logró.
probablemente contribuye en parte a los meteoroides y satélites.

Cometas: bolas de nieve rocosas en órbitas aleatorias muy excéntricas.
al acercarse al sol, el calor se vaporiza, forma una coma, una cola.
Principalmente en la distante nube esférica de Oort, 50.000-150.000 AU.

Meteoroides: pequeños trozos de rocas. ocasionalmente chocan con la tierra u otro planeta.
En la atmósfera de la Tierra = meteoro.
En el suelo = meteorito - utilizado para estudiar la historia de S. S.
Rastros que quedan de cometas desintegrados: lluvias de meteoritos.


Miércoles 15 de febrero de 2012

21 asteroide más grande, 45 Eugenia

45 Eugenia es un gran asteroide del cinturón principal, con un diámetro de 215 km. Eugenia es el 21 asteroide más grande que se conoce actualmente.

Descubrimiento

Eugenia fue descubierta el 27 de junio de 1857 por el astrónomo aficionado franco-alemán Hermann Goldschmidt. Su instrumento de descubrimiento fue un telescopio de 4 pulgadas de apertura ubicado en su apartamento del sexto piso en el Barrio Latino de París.

Eugenia fue el cuadragésimo quinto asteroide descubierto. Los elementos orbitales preliminares fueron calculados por Wilhelm Forster en Berlín, basándose en tres observaciones en julio de 1857.

Nombrar

El asteroide fue nombrado por su descubridor Hermann Goldschmidt en honor a la emperatriz Eugenia di Montijo, esposa de Napoleón III.

Eugenia fue el primer asteroide que definitivamente recibió el nombre de una persona real, en lugar de una figura de la leyenda clásica.

Estadisticas

Diámetro (medio): 214,6 km
Afelio: 2.943 AU
Perihelio: 2,50 AU
Semieje mayor: 2.724 AU
Período orbital: 4,49 años
Período de rotación: 5.699 hrs
Fecha de descubrimiento: 1857.6.27
Clase: F
Satélite: 2
Tipo: Asteroide del cinturón principal
(datos de la base de datos de cuerpos pequeños de JPL)

Características físicas

Eugenia es un asteroide de tipo F, lo que significa que tiene una coloración muy oscura (más oscura que el hollín) con una composición carbonosa.

La densidad de Eugenia parece ser inusualmente baja, lo que indica que puede ser una pila de escombros poco compactada, no un objeto monolítico. Eugenia parece estar casi anhidra.

Sistema de satélite

Eugenia es famosa por ser uno de los primeros asteroides que tiene una luna orbitando. También es el segundo asteroide triple conocido, después del 87 Sylvia.


ACTUALIZACIÓN - NO SE ENCONTRARON MOONLETS PLUTO

Como la mayoría de ustedes sabrán, New Horizons no encontró lunas dobles ni lunas, al menos todavía no. Excepto que Keberos es posiblemente una luna de contacto binario.

Pero hay muchos otros objetos del cinturón de Kuiper por ahí, y luego toda la nube de Oort para explorar también, eventualmente. E incluso los gigantes gaseosos no se exploran tan a fondo como para descartar pequeñas lunas de las lunas.

¿Qué piensas, crees que existe la posibilidad de que algunas de las lunas de nuestro sistema solar, como Rea de Saturno, Jápeto o Oberón de Urano, tengan lunas o anillos sin descubrir? ¿Pequeñas lunas o anillos muy tenues? ¿Qué pasa con la nube de Oort y el cinturón de Kuiper? ¿Podrían tener lunas o anillos de lunas?


Ver el vídeo: 19- d orbitals (Octubre 2022).