Küsimus:
Kas "elav planeet" saaks oma trajektoori muuta ainult kuju muutes?
Petr Pudlák
2016-06-14 16:39:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Stanislaw Lemi romaanis Solaris suudab planeet oma trajektoori mõne täpsustamata meetodiga korrigeerida. Eeldades, et selle impulss ja nurk on säilitatud (see ei väljuta ega ima mingit massi), kas ja kuidas oleks see võimalik (Newtoni mehaanikas)? Kui ei, siis kas seda saab tõestada? Eeldatakse, et planeet tiirleb ümber tähesüsteemi (või võib-olla kahendtähe) süsteemi.

Intuitiivselt tundub see mulle võimalik. Näiteks põhjustab loodete jõud planeedi pöörlemisenergia kaotamise, mistõttu näib olevat võimalik, et keha kuju muutes võib keha muuta vähemalt oma pöörlemiskiirust.

Minu ideed lähevad järgmiselt: Oletame, et meil on ideaalne varras, mis koosneb kahest ühendatud masspunktist. Varda pöörleb ja tiirleb ümber keskmassi. Kui üks punkt liigub keskosa poole, pikendame varda, viies selle keskele lähemale. suurendades nii vardale mõjuvat üldist gravitatsioonijõudu. Kui üks punktidest eemaldub keskmest, tõmbame varda uuesti kokku, vähendades seeläbi kombineeritud gravitatsioonijõudu. Ma pole veel ühtegi simulatsiooni käivitanud, kuid tundub, et see põhimõte võiks toimida.

Update: Veelgi keerukam stsenaarium (hoides hoogu ja nurkkiirust) oleks, kui planeet väljutaks tükikese ainet ja neelaks selle mõne aja pärast uuesti sisse.

Kas teate, et Maa kannab oma pöörlemiskineetilist energiat mõõna kaudu aeglaselt Kuule?Sellised orbiidi nihutamisefektid nagu need, eriti kui neid võimendab kuju tsükliline nihe, on tõepoolest võimalik.Tõepoolest, musta augu ümber on ebastabiilsed orbiidid, kust asjad võivad kõrgema järgu tingimuste olemasolul efektiivses potentsiaalis paiskuda ja see mõju võib olla väga kiire.Peaksin tegema üksikasjalikud arvutused või esitama küsimuse, et teada saada, kui kiiresti see võib juhtuda tavalisemate tingimuste korral.Kuid see on kindlasti reaalne mõju.
@WetSavannaAnimalakaRodVance, kuidas täpselt Kuu loodete mõjud Maa orbiiti muudavad?Ma arvan, et te räägite kuu lukustamisest, mis ei tohiks orbiiti "normaalsetes" tingimustes palju mõjutada.Ja musta augu lähedal on raske elavat planeeti pidada.
@AndriiMagalich Ei, see ei ole loodete lukustamine, vaid kineetilise energia / AM ülekandmine Kuule Maa pöörlemisest AM ja KE.Vt näiteks http://physics.ucsd.edu/~tmurphy/apollo/doc/Dickey.pdf.Kuu triivib Maast eemale umbes 4 sentimeetrit aastas.
@WetSavannaAnimalakaRodVance Hmm ... Paistab, et teil on õigus, ma ei mõelnud sellele
@WetSavannaAnimalakaRodVance Kuigi ma olen mehhanismiga teiega nõus, usun küll, et teie kirjeldatud mehhanism on täpselt loodete lukustamine.
@Taemyr Tänud;Ma pean selle kraami üle vaatama, kuid olen hoidnud end ära, sest selline probleem imeb mind tõesti sügavalt sisse ja nägin, kuidas ma raiskan mitu päeva, mida ma praegu tõesti ei saa säästa!
+1 Jah, Stanislaw Lemi eest!Kõigil, kes tõsiselt vaidlevad mõne oma loo teadusliku täpsuse üle, on ilmselt mõte puudu.
@jameslarge Midagi sellist polnud ette nähtud, see on iseseisev idee, mis mulle just romaani lugedes pähe tuli.
Kas see QA peaks olema rohkem "maailma ehitamise" saidil?
Mis oleks, kui planeet oleks korralikult lukustatud ja biomass ümbritseks planeedi sedavõrd, et see võimaldas vulkaanilist aktiivsust ainult orbiidi suunaga vastassuunas, tekitades aeg-ajalt väikeseid delta-v, mis liigutavad planeeti tähest eemale.(Selline nagu planeedil peibutamine, ha ha.)
@JoeBlow saab kindlasti siin elada: ma arvan, et see oleks Worldbuildingu jaoks asjakohane, kuid see on väga reaalne ja huvitav füüsika.
Kaheksa vastused:
Michael Seifert
2016-06-14 20:40:13 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kui lubate mitte-Newtoni raskusjõudu (st üldrelatiivsusteooriat), siis võib laiendatud keha tsükliliste deformatsioonide abil "ujuda" läbi aegruumi. Vaadake 2003. aasta artiklit "Ujumine ruumi ajal: keha tsükliliste muutuste liikumine keha kuju järgi" ( Science , kd 299, lk 1865) ja 2007. aasta paberit " Laiendatud keha efektid kosmoloogilistes aegruumides " ( Classical and Quantum Gravity , 24. kd, lk 5161).

Isegi Newtoni raskusastmes näib see olevat võimalik. Teises ülaltoodud artiklis viidati lehele "Reaktsioonideta orbiidi tõukejõud, kasutades lõastaja kasutuselevõttu" ( Acta Astronautica , s. 26, lk 307 (1992). Kahjuks on see paber tasuline ja Ma ei pääse terviktekstile juurde; aga siin on abstraktne:

Orbiidil olev satelliit saab ennast edasi tõmmata, tõmmates kinni ja paigutades sideme pikkuse, kulutades energiat, kuid pardal olevat reaktsioonimassi kasutamata, nagu on Landise ja Hrachi eelmises töös näidatud. Orbiiti saab tõsta, langetada või orbiidi asendit muuta, reageerides gravitatsioonigradientile. Energiat lisatakse orbiidile või eemaldatakse see orbiidi külge, pumbates sidumispikkust samamoodi nagu kiigega. Arutletakse orbiidil toimuva lõksu tõukejõu näidete kohta reaktsioonimassi kasutamata, sealhulgas: (1) lõastipikenduse kasutamine satelliidi orbiidil ümberpaigutamiseks ilma kütusekuludeta, massi pikendamise abil sideme otsas; (2) ekstsentrilisuse pumpamiseks sideme kasutamine orbiidile energia lisamiseks hoogustamiseks ja orbiidi ülekandmiseks; ja (3) pöörleva sideme pikkuse moduleerimine nurkamomendi ülekandmiseks orbiidi ja kinnitus spinni vahel, võimaldades seeläbi orbiidi nurkkiiruse muutusi.

Kui keegi soovib artiklit vaadata ja vastavalt sellele üksikasjalikuma kokkuvõttega seda vastust redigeerida, võtke julgelt ühendust. Nagu Jules kommentaarides märkis, näib abstraktselt mainitud "eelmine paber" olevat see, mis on vabalt saadaval.

"Aegruumis ujumise" ideed arutati ka StackExchange'is siin ja siin.

Kuigi seda paberit pole saadaval, on teie tsitaadis mainitud "eelmine paber" tõenäoliselt see: http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19890017506.pdf - kateades, et kaasatud on Geoffrey A. Landis, kujutaksin ette, et tal on kuskil võhikute selgitus (kuigi seda ei näi tema veebisaidil olevat, kui see on olemas).
@Jules: Hea leid.Olen muutnud oma vastust selle lisamiseks.
Kas sel moel lõastat kasutades rakendataks satelliidil netojõudu koos sobiva vastupidise jõuga kehale, mille ümber ta tiirleb?Kas see teoreeris või kasutas seda praegu kosmoses?
Aegruumis ujumine ilma taustaväljata on äärmiselt ebaefektiivne, kuigi ... te ei jõuaks selle tehnika abil väga kaugele.
Leidsin originaalse viidatud dokumendi: [Satellite Relocation by Tether Deployment] (http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19890017506.pdf), autorid G. A. Landis ja F. J. Hrach, 1989.
asi "aegruumis ujumine" on ** hämmastavalt väike efekt **.
valerio
2016-06-14 19:23:41 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nurkmomendi säilitamine ütleb meile, et isoleeritud süsteemis jääb total nurkkiirus nii suuruse kui ka suuna osas konstantseks .

Peamine on see, et konserveeritud suurus on kokku nurga impulss: spin + orbital nurga impulss.

Näide:

Planeedi jaoks jaotub nurk impulss planeedi pöörlemise ja selle orbiidil toimuva pöörde vahel ning need on sageli erinevate mehhanismide abil. Nurkmomendi säilitamine Maa-Kuu süsteemis põhjustab nurkkiiruse ülekande Maalt Kuule, mõjub tõusulaine mõjul Kuu Maale. Selle tulemuseks on omakorda pöörlemiskiiruse aeglustumine Maa, kiirusega umbes 65,7 nanosekundit päevas ja kasvades järk-järgult Kuu orbiidi raadiusest, umbes 3,82 sentimeetrit aastas.

(allikas: Wikipedia)

Oletame, et Solarise päike ei pöörle. Kui Solarise pöörlemistelje suund on $ \ vec n $, on kogu nurkimpulss

$$ \ vec L_ \ text {total} = \ vec L_ \ text {spin} + \ vec L_ \ text {orbital} = I \ omega \ \ vec n + M r ^ 2 \ Omega \ \ vec k $$

Kus $ \ omega $ on pöörlemise nurkkiirus, $ \ Omega $ orbiidi nurkkiirus ja $ r $ Solarise ja tema päikese vaheline kaugus.

Nii et kui Solaris suudab muuta oma inertsimomenti $ I $, muutes oma massijaotust, näeme, et tal on tõepoolest võimalik trajektoori korrigeerida, sest kui $ I $ muutub, siis $ \ omega, \ Omega $ ja $ r $ peavad kogu nurga säilitamiseks muutma.

See on sisuliselt õige, kuigi usun, et see on puudulik: tuleb kirjutada ka energiasäästu tingimused.Oleks hea, kui saaks täieliku võrrandisüsteemi abil välja mõelda mõned numbrid.
@WetSavannaAnimalakaRodVance Teil on õigus, peaksime kaasama energiasäästu ja vaatama, mis võib tegelikult juhtuda.Niipea kui mul aega on, värskendan oma vastust kindlasti :-)
Jah, see pole tühine;Tahaksin ka ise sellega tegeleda, kuid nägin, kuidas ma palju tunde lihtsalt raiskan.Eriti juhul, kui ebakorrapärane keha kukub, nii et selle $ I $ tensor muutub nii kuju nihutamisel kui ka põhitelgede liikumisel.See on tõenäoliselt probleem, kus põhitelgedest poleks nii palju abi;Olen kindel, et seda pidi kuskil kirjanduses käsitlema.
Chris H
2016-06-14 21:00:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Erinev mehhanism: pika aja jooksul suureneb päikesele avatud pinna suurenemine (planeedi lamestamine) kiirgusrõhk, mis tõuseb kõrgemale orbiidile.Albedo muutmine oleks tõhusam viis sama eesmärgi saavutamiseks, kuid võimaldaks ka asümmeetrilist jõudu. Mõlemal juhul oleks see loodis lukustatud planeedil lihtsam.Seda on pakutud asteroidide kõrvalekaldumiseks.Ekstrapoleerides joonisel 3 sellel lingil, kuluks asteroidi / planeediga samas suurusjärgus ideaalselt peegeldavale pinnale piisava läbipainde saavutamiseks aastatuhandeid, et vältida asteroidi / koemendi põrkumist Maale.Näib, et küsimuses pole ajakava piiratud, seega eeldades, et geoloogilisi ajakavasid otsite just seda.

Ma arvan, et eelistatav oleks kombinatsioon.Orbiidi energia ja pöörde saamiseks kasutage kiirgusrõhku.Seejärel vahetage pöörlemine suurema orbiidi energia vastu, kasutades loodete jõude.
Petr Pudlák
2016-06-15 16:39:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Tänu Michael Seiferti vastusele leidsin ühe tema viidatud dokumendi: Satelliidi ümberpaigutamine sidumise abil (inglise keeles Satellite Relocation by Tether Deployment), autorid G. A. Landis ja F. J. Hrach, 1989.

Raadiovõrgu laiendamisega võib satelliit orbiidi kiirust suurendada või vähendada (paberilt kopeeritud allolevad pildid):

Figure2. - Satellite relocation by extension and retracton of a tether.

Seejärel saab ekstsentrilise orbiidi pumpamiseks kasutada põhimõtet:

Figure 4. - Eccentricity pumping (schematic).

Samamoodi võiks Solarise-sugune planeet oma trajektoori muutmiseks omandada elliptilise kuju, pikendades end radiaalsuunas.

... kuigi julgen arvata, et on ohutu eeldada, et see pole nii, kuidas Solaris oma orbiiti stabiliseerib.See oleks puhtalt lihtne Newtoni gravitatsioon, kuid raamat ütleb meile, et tegelikult muudab Solaris Minkowski mõõdikut (viisil, millest keegi aru ei saa).Ilmselt on see ka vajalik;Ma kahtlen, et piisaks ainult elliptilisuse natuke moduleerimisest.Nendel lõksudel peab olema pikkus, mis läheneb orbiidi skaalale, nii et planeet peaks üsna palju ennast _spagetima_.
Wolphram jonny
2016-06-14 21:43:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Võite alati kasutada loodete kiirendamise / aeglustamise protsessi.Looduses võib see protsess olla väga aeglane, näiteks süsteemi Maa / Kuu puhul.Kuid saate seda alati kiirendada, suurendades kunstlikult kuju võnkumiste sagedust.Looduslikus süsteemis lakkab loodete kiirendus, kui need kaks objekti on loodete lukustuses (mõlemad objektid on alati teineteise vastas), kuid sellest võib üle saada.Loodete lukustamine peatab kiirenduse, kuna objektid ei muuda enam oma inertsimomenti.Kui muudate kuju siiski kunstlikult, võib protsess jätkuda lõputult (kuid see muutub kiiremaks, kui kehad lähevad kaugemale lähenedes või aeglasemalt). lõpptoode on aga tohutu muutus keha pöörlemiskiiruses, mis saab ka lõpuni nende vahemaa muutuste tulemus.

Andrii Magalich
2016-06-14 16:45:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Hoogu ja energiat säilitades on ainus võimalik viis planeedi trajektoori muutmiseks mõne (suure) massi väljutamine suurel kiirusel kindlas suunas, nagu raketid. Kuid teil on ka õigus, et inertsimomendi suurendamisega saab pöörlemiskiirust muuta. Kuid see ei saa mõjutada massikeskme liikumist.


Edit2: muud vastused hõlmavad seda, mis mul kiiret lahendust otsides puudu jäi. Pöörd- ja orbiidi nurkkiirete vastastikune mõju võib tõepoolest teatud mõju avaldada (tunnustus @WetSavannaAnimalakaRodVance ja @ valerio92).

Oletame, et planeedi pöörlemistelg ja orbiit on joondatud. Siis on meil 2 invarianti:

$$ E = \ frac12 I \ omega ^ 2 + \ frac12 m R ^ 2 \ Omega ^ 2 - G \ frac {m M} {R} $$ $$ L = I \ omega + m R ^ 2 \ Omega $$

kus $ I $ on planeedi inertsimoment ja $ \ omega $ on pöörlemissagedus, samal ajal kui $ \ Omega $ on tiirlemissagedus. $ m $ ja $ M $ on vastavalt planeedi ja tähe massid. Nüüd välistame $ \ omega $:

$$ \ omega = \ frac {1} {I} (L-M R ^ 2 \ Omega) $$ $$ E = \ frac {1} {2 I} (LM R ^ 2 \ Omega) ^ 2 + \ frac12 m R ^ 2 \ Omega ^ 2 - G \ frac {m M} {R} $$

$ \ Omega $ jaoks on meil orbiidil püsimise tingimus:

$$ \ Omega ^ 2 R = G \ frac {M} {R ^ 2} $$ $$ \ Omega ^ 2 = G \ frac {M} {R ^ 3} $$

Siis,

$$ E = \ frac {1} {2 I} \ vasakule (LM R ^ 2 \ sqrt {G \ frac {M} {R ^ 3}} \ paremale) ^ 2 + \ frac12 G \ frac { M m} {R} - G \ frac {m M} {R} = \ frac {1} {2 I} \ vasakule (LM R ^ 2 \ sqrt {G \ frac {M} {R ^ 3}} \ paremal) ^ 2 - \ frac12 G \ frac {M m} {R} $$

Kusagil võib olla viga, kuid saame selle lahendada $ R $ eest ja hoides $ L $ ja $ E $ konstantsena, võime muuta orbiidi raadiust muutes ka USD I $.


Edit: pole otseselt seotud pealkirjas sõnastatud küsimusega.Okei, futuristlike võimaluste hulgas oleks mõne lähedal asuva objekti nagu lähimate planeetide või võõrustaja hävitamine.Kui see ei hävita meie planeeti, muutub see muidugi kindlasti.Kuid selleks tuleb planeediga võrreldav või palju suurem mass täpselt hajutada.

Põhimõtteliselt taandub kõik massi jaotuse muutumisele.

Isegi mitte tähe (või mitme tähe) gravitatsioonivälja olemasolul, mis ümber planeedi tiirleb?
Gravitatsiooniväli hoiab (vähemalt, väga, väga hästi) energiat ja hoogu.Vaadake ka minu värskendust
Kuid peaks olema võimalik kasutada gravitatsioonimanöövrit nagu kosmilised sondid, et minimeerida õhku paisatavate asjade hulka.
@AndriiMagalich Hävitamine vajaks rakette ja hoogu või mõnda muud sellist, kui see tehti orbiidi kontrollimiseks meelega.
@annav Ei pruugi.Kui õhkate tähe lihtsalt mingisuguse tuumaseadmega (peaaegu pole mingit hoogu ja rakette), hajub selle mass kõikjal ja planeet kaotab atraktori ja jätkab enam-vähem edasiliikumist.Muidugi peate suure massi õrnalt orbiidi välispinnale viima
ja kas sellel liikumisel pole hoogu, mis oleks tasakaalus?Kui üks tähe ümber olevatest planeetidest oleks looduslik pomm, mida saaks näiteks süttida valgema valgusega, võiksite väita, et laserkiire kantav väike hoog ei mõjutaks tegelikult massiliikumise keskpunkti ja kui plahvatav planeet lõpebtähe kohal ja kõik orbiidid on muutunud, liiga palju iffe ja see erineb küsimusest.teie vastus on pealkirja jaoks õige.Massikeskus määratleb orbiidi
Pedantilises mõttes on kogu täht *, mida * teeb, pidevalt õhku.Üks tähes õhku laskmiseks mõeldud tuumaseade on nagu tuletõrjeraud, et kogu aeg mägi täielikult välja tõrjuda.
@Neil, siin räägime ulmet :) See on tõesti väga suur tuumaseade.
LMSingh
2016-06-14 23:21:22 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Lõbus küsimus! Proovige seda väga lihtsat vastust (Newtoni keeles, nagu te küsisite) ..

Kui planeet muudab oma kuju ümmargusest pallist nööripoolikujuliseks (st paksema keskme ja pikliku õhema otsaga) ja eeldades, et pikenemine toimub täpselt mööda radiaalset joont täheni (Päike), siis lihtsuse huvides on tähele lähemale jõudev mass sama palju kui tähest kaugemal.

Nurkmomendi säilitamine ülaltoodud pikenemise stsenaariumi korral tähendab, et planeedi pöörlemiskiirus piki oma telge suureneb, kuid sama lühiduse korral eeldame, et mängul puudub või on ebaoluline güroskoopiefekt ja vaatame gravitatsioonijõud ... ...

Kuna gravitatsioonijõud on pöördvõrdeline masside vahelise kauguse ruuduga, viib see ilmsele / otsesele järeldusele, et kogu gravitatsioonijõu summa kogu planeedi massil (osa tähele lähemal ja osa kaugemal) suureneb, seega tõmmatakse planeet lähemale.

Selle natuke selgemaks muutmiseks .. Oletame, et 1/4 planeedist (PartA) liikus X km oma tähele / päikesele lähemale. Samal ajal liikus 1/4 planeedist (PartB) X km kaugusele Tähest / Päikesest. Ülejäänud 1/2 jäid esialgsele kaugusele ega kuulu gravitatsioonijõu muutuste arvutuste hulka. Algne G-jõud PartA-le suureneb Newtoni standardvalemi põhjal \ begin {võrrand} \ F = G * (m1 * m2) / r ^ 2 \ end {võrrand} Nii et see tähendab, et kui algselt oli "r" Y km, siis nüüd on see (Y - X) km. See tähendab, et F (osas A) on pöördvõrdeliselt suurenenud "r" vähenemisega. See tähendab ka seda, et F (osas B) on vähenenud pöördvõrdeliselt "r" suurenemisega, kuid pöördvälja tõttu on kasv suurem kui langus, nii et tervikuna kogeb planeet gravitatsioonijõudu. Mis tähendab, et planeet hakkab Tähele lähemale liikuma.

Hmm .. hei!see on päris lahe "elav planeet, mis muudab oma kuju, sest ta tahab end oma päikesele lähemale tõmmata".

Samamoodi, kui planeet muudab oma kuju nii, et see sarnaneks planeedi trajektoori suhtes lamedale plaadile (st radiaaljoonega risti), suudaks ta vähendada gravitatsioonilist tõmmet ja võiks tähest kaugemale minna.

Nii et jah, elus planeet, mis oli algselt ümmargune pall, võib ülalkirjeldatud üsna sirgjoonelise kuju muutmise abil muuta tema enda trajektoori.

Allahäältel pole mõtet.Kui arvate, et minu vastus ei vasta tõele, kommenteerige ebaproduktiivsete allahindluste asemel oma arvamust.Mul oleks vähemalt võimalus seda täpsustada või selgitada.
Ma lihtsalt ei saa teie loogikast aru, see oli languste tõenäoline põhjus.Näiteks miks kasvab tsentrifuugimiskiirus eksponentsiaalselt?(Ma ei hääletanud alla.)
@peterh aitäh.Redigeerin postitust selguse huvides.Viide pöörlemissagedusele on kõrvalmõju, kuid mitte oluline gravitatsioonijõule.
Hagen von Eitzen
2016-06-16 23:15:15 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Selle üks erinev aspekt juhul, kui räägime tõesti elavast planeedist .Kuna gravitatsioon tõepoolest selles mõõtkavas lööb, on kõik planeedi mõõtu nii sujuvalt ümmargune , et poleeritud piljardikuul tunneb häbi oma ebatäiuslikkuse pärast.Nii et kui see olend on tõesti planeedisuurune, siis on parem, kui see on väga väikese tihedusega ...



See küsimus ja vastus tõlgiti automaatselt inglise keelest.Algne sisu on saadaval stackexchange-is, mida täname cc by-sa 3.0-litsentsi eest, mille all seda levitatakse.
Loading...