¿Puede un planeta tener una órbita en forma de figura 8?

Answer 1

Mientras miraba esta foto, inmediatamente supe que algo caótico debía estar sucediendo aquí. Este es un problema de tres cuerpos con dos masas grandes y una masa más pequeña que no está muy lejos de las dos masas grandes.

Escribí un pequeño programa que simula la ley de gravedad de Newton de una manera bruta. Simplemente calcula la fuerza, la aceleración resultante y actualiza las velocidades correspondientes para los tres cuerpos del sistema, luego actualiza las posiciones de acuerdo con las velocidades.

Las dos grandes masas en mi simulación son las de nuestro Sol, el cuerpo pequeño tiene la masa de nuestra Tierra.

Fue muy difícil encontrar las condiciones iniciales para las cuales el sistema no se desintegra muy rápidamente. Finalmente, este conjunto de condiciones iniciales produjo una ejecución significativa:

Los dos soles están a 1/5 UA (distancia entre el sol y la Tierra) desde el centro del sistema con velocidades opuestas iguales a la velocidad orbital de la Tierra en la dirección y. La Tierra comienza desde el centro del sistema con la mitad de la velocidad orbital de la Tierra en la dirección x y una quinta parte de la misma velocidad en la dirección y. (Se entiende aquí que la “velocidad orbital de la Tierra” es la medida en el sistema solar, 29800 m / s). Los soles están coloreados de rojo y verde, la tierra es azul. La simulación funciona en pasos de 1 minuto (el gráfico se actualiza por cada dos horas de evolución del sistema).

Como se puede ver, el comportamiento del sistema es de hecho caótico.

Stephen Wolfram conjetura en [Página 972d] Stephen Wolfram: Un nuevo tipo de ciencia de que el problema de los tres cuerpos es computacionalmente universal y, según el diagrama, tiendo a estar de acuerdo:

Este es el punto en la evolución del sistema cuando la Tierra pasa de orbitar al Sol verde a orbitar al Sol rojo:

Gran pregunta

Answer 2

No a largo plazo. La nave espacial Apollo siguió un camino aproximadamente similar para el tránsito Tierra-Lunar, pero eso requería la ejecución de quemaduras para la modificación de la órbita. La órbita de la figura 8 se usó específicamente para aprovechar la órbita más grande del sistema Tierra / Luna; el cohete se despega de la Tierra a una órbita en la misma dirección que la de la Luna (que también es la misma dirección en que la Tierra gira y gira alrededor del Sol), lo que nos permite el mayor delta-V posible para un costo energético dado . Luego despegamos de nuevo desde la órbita de la Tierra con una ligera asistencia de gravedad para dirigirnos hacia la Luna, pero cruzamos para interceptar a la Luna en su borde de ataque. Al hacer esto, mientras giramos alrededor de la parte posterior de la Luna, el movimiento de la luna “alejándose” de nosotros a lo largo de su órbita de la Tierra disminuye nuestra velocidad tangencial, lo que nos permite “estacionar” en órbita lunar con menos energía. Pero, todavía debemos quemar * mucha * energía para hacer que estas diversas transiciones se realicen.

El primer problema con su modelo es como lo dijo Rajesh Rocky; Para que los soles mismos puedan mantener una distancia estable entre ellos, deben orbitarse entre sí. Digamos que sucede en sentido contrario a las agujas del reloj como se ve en este diagrama. La velocidad tangencial de los dos soles significará que, a medida que el planeta redondea el Sol 1 desde la parte superior izquierda, se acelera, porque la reducción relativa en la velocidad angular causada por el movimiento del Sol 1 en la misma dirección hará que el planeta “caiga” hacia el sol para compensar, aumentando tanto la velocidad lineal como la velocidad angular. Eso hará que el planeta se “enrolle” alrededor del Sol 1 y se dirija hacia el borde inferior del diagrama. La gravedad del Sol 2 hará que el planeta retroceda hacia el sistema binario, y el planeta entrará en órbita alrededor del Sol 2. Recuerde que el Sol 2 también gira en sentido contrario a las agujas del reloj, por lo que, de nuevo, el planeta se reducirá en un momento angular relativo. El Sol 2, cae hacia el Sol 2 y se lanza hacia el Sol 1. El resultado neto sería una órbita “espirográfica” elíptica alrededor del baricentro del sistema binario. Cuanto más estable sea la órbita en términos de distancia relativa a cualquiera de las estrellas en un momento dado, más circular será la órbita (y cuanto mayor sea la distancia orbital).

Si el planeta comenzara alguna vez en la parte superior derecha de este diagrama, con los soles orbitando en sentido contrario a las agujas del reloj, compre el planeta que orbita en el sentido de las agujas del reloj, perdería una gran cantidad de momento angular cuando el Sol 2 se alejara de él y se aceleraría hacia el Sol 2 o hacia el baricentro de todo el sistema. Lo que sucede entonces depende de nuevo de las masas relativas; El resultado más probable que no involucra que el planeta sea consumido por ninguno de los dos soles es una órbita estable alrededor del Sol 2, y se vuelve oblongo cuando la trayectoria del planeta alrededor del Sol 2 será impulsada por la influencia del Sol 1.

Incluso en una situación imposible donde las dos estrellas estaban estacionarias, y exactamente de la misma masa, cuando el planeta redondea el sol y la gravedad de la otra comienza a afectar la órbita, en el momento en que el planeta pasa a través del centro del baricentro de todo este sistema, la gravedad cancelará todo movimiento en la dimensión X del diagrama (hacia o desde el sol). El componente restante de la velocidad del planeta, tangencial, lo enviará directamente en una trayectoria perpendicular a la línea entre los dos planetas, en el plano de la eclíptica. No llegará muy lejos; la gravedad de las estrellas sigue actuando en el planeta, solo se equilibra en la dirección X, por lo que la velocidad en la dirección Y disminuye hasta que el planeta vuelve a ser arrastrado hacia el baricentro. Se acelerará todo el camino, por lo que pasará el baricentro, y luego la gravedad reducirá su escape una vez más. Este yo-yo podría proceder indefinidamente, pero lo más probable es que el planeta, durante miles de millones de años, eventualmente se establezca en un punto fijo entre las dos estrellas. Esto se conoce como un “punto lagrangiano” entre los dos objetos masivos; específicamente, es el punto L1, y los objetos colocados en este punto están en una posición donde la gravedad de los dos objetos masivos está exactamente equilibrada, por lo que el objeto en el punto de Lagrange permanecerá estacionario en relación con los otros objetos.

Answer 3

Caso 1: si se trata de un problema planar hipotético, no es posible
Razón: si las fuerzas son independientes del tiempo, el sistema siempre tendrá un solo y un futuro para cada ubicación actual. Y en su figura, en el punto de cruce, hay dos direcciones futuras posibles para que el punto blanco se mueva.
Más técnicamente, la figura que has dibujado es un retrato de fase. (lo que significa que la figura representa la evolución de las coordenadas de un sistema con el tiempo). Es imposible que los retratos de fase se crucen entre sí en un sistema clásico.

Caso 2: Si es un problema práctico, planar. Es posible
Razón: A menudo hay incertidumbres en un sistema práctico que hace que el sistema tome diferentes caminos en diferentes momentos desde un punto de equilibrio inestable. Entonces, de vez en cuando, puede tomar la trayectoria de ‘figura de 8’. Sin embargo, esto no será periódico y, por lo tanto, no siempre se repetirá. Referir: Lorentz atractor & caos.

Answer 4

Como no puedo ver a nadie que lo mencione, estoy poniendo mis cinco centavos aquí. Algo similar se ha hecho, varias misiones de Apolo volaban en una “trayectoria de retorno libre”.
Fuente: Wikipedia

Después de la quema de inyección Trans-lunar, los Apolo 8, 10 y 11 siguieron una trayectoria que los devolvería a la Tierra a menos que “frenaran” en el lado opuesto de la Luna.

Tener en cuenta que:

• La masa de la Tierra es significativamente mayor que la de la Luna.
• La nave solo lo hizo una vez.

No veo por qué una trayectoria como esta en un sistema binario no sería posible.
Utilizo la palabra trayectoria porque una órbita es una historia diferente. La órbita de los planetas no solo se ve afectada por la estrella, sino que también se inducen pequeñas perturbaciones a partir de la gravedad de todos los demás planetas del sistema. Normalmente, esto pasa desapercibido debido a las enormes distancias involucradas y prácticamente se cancela a largo plazo. En este caso, sin embargo, estas perturbaciones podrían arrojar fácilmente su planeta a una órbita drásticamente diferente, o tal vez a la propia estrella.

Espero que esto ayude.

PD: Esta es mi primera respuesta en Quora. Dedos cruzados 🙂

Answer 5

Bueno, tu pregunta plantea un hermoso escenario en términos de ciencia ficción, pero no de ciencia. Según su pregunta, el planeta está orbitando un sistema estelar binario. Entonces, todo sistema binario de estrellas tiene un cierto punto llamado centro de gravedad, que es un punto que puede ser reemplazado por una sola estrella en lugar de los dos. Las dos estrellas mismas orbitan el centro de gravedad de su sistema. Además, la trayectoria elíptica es la mejor forma posible para la órbita del planeta (tiene la energía más baja).

En la situación que propones, la órbita del planeta puede volverse inestable y existe una buena posibilidad de que el planeta colisione con una de las estrellas o se escape de la órbita. Por lo tanto, es más probable que el planeta siga una órbita elíptica con el centro de gravedad en uno de los focos de la elipse, en lugar de una órbita que se asemeja a un símbolo de infinito.

Espero que esto resuelva su consulta.

Answer 6

Si lo piensa paso a paso, comenzando desde la izquierda del primer sol en su modelo, la única forma en que cambiaría repentinamente a orbitar el segundo sol sería que la fuerza gravitacional del segundo supere al primero.

Esto significaría que el sol 2 es mucho más masivo que el sol 1. Incluso descartando el hecho de que esto implicaría que el sol 1 estaría orbitando o eventualmente chocando con el sol 2, no habría manera de que el planeta vuelva a entrar en la órbita de Sol 1 sin fuerza externa. Su órbita se estabilizaría alrededor de la que fuera más masiva (o simplemente alrededor de ambas).

Teniendo en cuenta la idea de que ambos soles son de igual masa y estáticos en el espacio, el planeta idealmente alcanzaría la mitad exacta de los dos * mientras viaja tangente a sus campos gravitacionales que se cruzan …
y luego simplemente continuaría, y tal vez tiraría hacia adelante y hacia atrás, pero todavía en esa línea entre y paralela a los dos soles. En este punto, tendría fuerzas iguales que tiran en ambas direcciones, se anulan entre sí, y eventualmente se estabilizaría para estar en el punto medio de los dos soles.

* (siempre que estén lo suficientemente separados, y la órbita del planeta sea lo suficientemente obtusa)

Si bien este es un escenario extremadamente ideal, es lo más cerca que puede llegar esta situación a la figura descrita.

Hipotéticamente, si hubiera otras dos fuerzas masivas orbitando este sistema de dos estrellas de alguna manera que empujaría al planeta a una órbita tan irregular, ¿podría funcionar? Si aún sientes curiosidad, te invito a teorizar sobre eso.

EDITAR: he teorizado en él. Es un enfoque realmente juvenil, ya que simplemente lancé fuerzas adicionales allí, pero de esto era de lo que estaba hablando:

Obviamente tomará más pensamiento que esto.

(Se supone que el “sol” a la “derecha” en la segunda imagen es la cuarta, me quedé perezoso y no escribí 4 sobre el 3)

EDICIONES ADICIONALES: ¡Espera, lo tengo!

¿Tiene que tener la forma de un 8 en el mismo plano? Si no, tengo tu respuesta.

Si un planeta está en una órbita estable alrededor de un sistema de 2 estrellas, en el que una estrella orbita a la otra, si tuvo un período de revolución de la mitad del tiempo que tarda la estrella más pequeña en hacer una revolución completa, desde un cierto ángulo, el camino se asemejaría a una S:

Y haría lo mismo en el camino de regreso, completando la “otra mitad” de la figura 8. No estoy seguro si mis suposiciones físicas son correctas aquí, pero esto debería funcionar, ¿verdad?

Answer 7

No, realmente no.

Esta es una configuración dinámicamente inestable, y no duraría más que unos pocos intercambios. El planeta casi siempre terminaría unido gravitacionalmente a una estrella o la otra.

Hay otras dos alternativas: la expulsión, o el caso más interesante de una órbita alrededor de uno de los puntos de Lagrange del sistema estelar. Si la proporción de masa de las estrellas es lo suficientemente alta, y no hay otros planetas en el sistema, estas órbitas alrededor de los puntos de Lagrange pueden ser dinámicamente estables en escalas de tiempo astronómicas (miles de millones de años).

Answer 8

Tengo conocimientos básicos de astronomía, así que perdone mis errores.

Primero, digamos que hay dos soles (que son estrellas, como algunos insisten).

En segundo lugar, la estrella con menos masa orbitará a la estrella más pesada debido a la proximidad.

Por último, si de alguna manera pones un planeta cuya órbita forma un lemniscate mientras orbitas las dos estrellas en las que la estrella más ligera orbita a la estrella más pesada … terminarás con un planeta que ya ha chocado con la estrella más ligera o chocará con la misma estrella. Protagoniza el futuro cercano si no es destruido por un asteroide salvaje.

También existe la posibilidad de que:
– La órbita decaerá primero, enviando el objeto en órbita al espacio.
– Una de las estrellas irá supernova.
– Una de las estrellas se expandirá a un gigante rojo y engullirá dicho planeta.
– La situación de tu problema no es posible.

Answer 9

Tal órbita sería inestable. Es posible que un planeta en un sistema binario, de vez en cuando, cambie de orbitar una primaria a otra debido a las perturbaciones de otros planetas o de estrellas que pasan. Sin embargo, si asumimos que las primarias son de igual masa y están en órbita estable entre sí, entonces el planeta terminará orbitando ambas estrellas, en una órbita principalmente elíptica con el centro de masa del sistema de dos estrellas en un foco. También es posible que el planeta pueda “descansar” en uno de los puntos de Lagrange del sistema de dos estrellas, si una de las estrellas es mucho más masiva que la otra (al menos 25 veces), pero no se quedaría. hay indefinidamente

Answer 10

Si es posible. Hay cinco puntos lagrangianos en una configuración orbital de dos cuerpos, es decir, suponiendo que uno de esos dos soles está orbitando al otro (ejemplo: la Misión Kepler de la NASA descubre un mundo en órbita dos estrellas). Los puntos de Lagrange dan un pequeño margen de órbita donde un planeta podría, en teoría, orbitar ambas estrellas en forma de 8.

Animación: http://upload.wikimedia.org/wiki …

Punto lagrangiano: Los puntos lagrangianos son las cinco posiciones en una configuración orbital donde un objeto pequeño afectado solo por la gravedad puede mantener una configuración orbital estable con respecto a dos objetos más grandes (como un satélite con respecto a la Tierra y la Luna). Los puntos de Lagrange marcan posiciones donde la atracción gravitacional combinada de las dos grandes masas proporciona precisamente la fuerza centrípeta requerida para orbitar con ellas.

Edit: Al usar los puntos de Lagrange, se hizo el Appollo 13 para orbitar alrededor de la luna y regresar a la Tierra nuevamente.

Answer 11

Sí, esta es la órbita de Arenstorf, descubierta en 1963 y utilizada (en parte) para las misiones Apolo. Las órbitas de Arenstorf son en realidad una familia de soluciones al problema restringido de tres cuerpos (donde la gravedad del cuerpo terciario tiene un efecto insignificante en los otros dos). Las órbitas de Arenstorf no son estables. Supongo que eso significa que no pueden ocurrir en la naturaleza, excepto temporalmente,

Los planetas solo pueden formarse realmente muy cerca de (es decir, orbitar una de las dos estrellas) o bien lejos de un sistema estelar binario. Las órbitas de la Figura 8 no permiten que se produzca la acumulación proto-planetaria a largo plazo requerida.

También podría interesarle la familia de la figura ocho de Moore, donde tres cuerpos de igual masa se persiguen entre sí alrededor de una figura de ocho caminos.

Answer 12

Solo para agregar a las otras respuestas, hay una órbita estable que un planeta puede tener, entre dos estrellas binarias como esta y pasar la misma cantidad de tiempo cerca de ambas estrellas. Pero no es una cifra de ocho. Es una órbita sacacorchos. El planeta gira en espiral alrededor de la línea que une las dos estrellas, y en esa espiral se mueve de una estrella a la otra y luego de regreso.

Los autores del artículo sobre este tema también concluyeron que si la alineación es correcta, podríamos observar planetas en estas órbitas de sacacorchos fotométricamente.

Sacacorchos planetas en espiral de ida y vuelta entre dos estrellas

Answer 13

En primer lugar, debes entender que no hay órbitas circulares sino elípticas con la estrella / planeta más grande en uno de los focos de la elipse.

Considere el caso cuando el planeta / luna está más alejado de la estrella / planeta tirador y está más cerca del foco de la misma masa que la otra estrella / planeta.

Debido a que debe orbitar exactamente hasta que su velocidad tangencial sea perpendicular a la línea que une ambas estrellas / planetas, el planeta / luna dado no encontrará la posibilidad de tener ninguna de las dos fuerzas y escapará de tal órbita en forma de 8.

Esta configuración no es estable y, por lo tanto, no puede existir en primer lugar.

Answer 14

Sí, pero no por mucho tiempo.

Tal disposición orbital es increíblemente inestable y solo se necesitaría una pequeña inestabilidad para destruir la órbita de la figura 8.

Si un planeta era, de alguna manera, en este tipo o disposición orbital tiene 3 destinos posibles: eventualmente se establecerá en una órbita (probablemente excéntrica) alrededor de una de las estrellas, los tirones gravitacionales de las 2 estrellas resultarán en la expulsión del planeta en el espacio interestelar o el planeta terminará chocando contra uno de los Soles.

Answer 15

Todos los macro cuerpos de la naturaleza se mueven. Ningún cuerpo libre puede orbitar alrededor de otro cuerpo en movimiento en cualquier tipo de trayectoria geométrica cerrada. El cuerpo orbital tiene que moverse junto con y alrededor de su cuerpo central. La figura de 8, al ser una combinación de dos caminos geométricos cerrados, un cuerpo planetario no puede moverse en tal camino. Ver: http://vixra.org/abs/1311.0018

Answer 16

No creo que sea posible. Piense en el punto en el que ambas trayectorias se intersecarían. Dado que la tangente en la trayectoria daría la velocidad del planeta en ese punto. En el punto de intersección de la trayectoria, el planeta tendría dos vectores de velocidad diferentes que apuntan en diferentes direcciones.

Answer 17

No es posible.
La órbita será de hecho como si UNA sola estrella con la masa combinada de ambos existiera en el Centro de Masa del sistema de 2 estrellas. Sin embargo, Robert Frost podría proporcionarle una descripción correcta y más precisa. Soy solo un estudiante de secundaria después de todo. 🙂

Answer 18

Tendria 3 temporadas

1. Órbita alrededor de la estrella roja.

2. Cruzando entre los arranques en el centro de la figura 8

3.o orbita alrededor de la estrella azul / blanca

Referencias: ¿Puede un planeta tener un tipo de órbita en forma de 8 alrededor de dos estrellas separadas?

Answer 19

La forma de una órbita, y de cualquier movimiento, depende del lugar y movimiento del observador.

Entonces, sí, es posible.

Ahora, cuando hablamos de la forma de una órbita, asumimos que el observador es la estrella (o el planeta si hablamos de una luna). Y el problema es que lo que llamamos una órbita es un camino regular y repetitivo alrededor de un cuerpo más masivo que, si el observador es el cuerpo más masivo, siempre tiene una forma elíptica .

Entonces, incluso si una “órbita” con forma de signo infinito, observada desde la estrella, fuera posible, no sería llamada una órbita.

Answer 20

¿Qué clase de pregunta es esa? ¿En la forma del infinito? ¿Cómo se ve la forma de la Infidad? Y muchas más preguntas surgen.
Si quieres decir alrededor de una estrella con una órbita elíptica de radio infinitamente grande, entonces es una historia muy diferente. Usted ve que hay esta ley de la gravedad que entra en consideración. Y este planeta tiene que moverse alrededor de la estrella en una órbita y esa órbita no puede tener un radio infinitamente grande.