Может ли существовать солнечная система, в которой на одной орбите расположены две планеты?
Это очень хороший вопрос, и в нашей Солнечной системе есть несколько ключей к ответу на него.
Согласно международному союзу астрономов (IAU), телу, находящемуся на орбите, для получения статуса планеты необходимы три вещи:
1. Находиться в гидростатическом равновесии, то есть обладать гравитацией, достаточной для достижения сферической формы (учитывая искажающую эту форму вращение).
2. Двигаться по орбите вокруг Солнца, а не вокруг другого тела.
3. Очистить свою орбиту от планетезималей, от конкурентов.
Строго говоря, третий пункт исключает возможность нахождения на орбите двух планет.
Но не будем заморачиваться по поводу чётких определений. Лучше прикинем, могут ли две землеподобные планеты находиться на одной орбите вокруг их звезды. Основной проблемой будет гравитация, способная разрушить двойную орбиту одним из двух способов: либо гравитационное взаимодействие очень сильно «ударит» по одной из планет, которая в результате упадёт на солнце или вылетит из системы, либо взаимное притяжение заставит планеты объединиться во впечатляющем столкновении.
Последний вариант как раз случился с Землёй, когда Солнечной системе было всего несколько десятков миллионов лет. Из-за столкновения появилась Луна, и скорее всего, изменилась поверхность Земли.
Двум планетам не очень удобно находиться на одной орбите, поскольку в таких случаях не бывает истинной стабильности. Можно надеяться на квазистабильную орбиту, которая может просуществовать миллиарды лет перед тем, как случится одно из двух происшествий. Для описания этого я хочу ввести понятие точек Лагранжа.
Если рассматривать всего две массы – Солнце и одну планету – существует пять точек, известных как точки Лагранжа, вокруг которых гравитационные эффекты Солнца и планеты взаимно уничтожаются, и находящееся в них тело малой массы может вечно двигаться с первыми двумя по орбите. К сожалению, только точки L4 и L5 стабильны; всё, что начинает с точек L1, L2 или L3, в результате либо сталкивается с планетой, либо выбрасывается из системы.
Но вокруг точек L4 и L5 скапливаются астероиды. У газовых гигантов их тысячи, но и у Земли есть один: астероид 3753 Cruithne, сейчас находящийся на квазистабильной орбите с нашим миром!
И хотя этот астероид нестабилен на временных масштабах в миллиарды лет, именно так две планеты могут существовать на одной орбите. Также возможно существование бинарной планеты, нечто вроде системы Земля/Луна (или Плутон/Харон), в которой нет чёткого разделения на планету и луну. Если в системе две планеты имеют сравнимые массы и размеры и разделены небольшим расстоянием, эту систему можно назвать бинарной, или двойной планетной. Последние исследования говорят о возможности существования таких систем.
Но есть и ещё один способ, который может показаться вам нестабильным: две планеты на разных орбитах, одна внутри другой, периодически меняющиеся местами. Вы можете решить, что это безумие, но в Солнечной системе есть пример такого случая: две луны Сатурна, Эпиметей и Янус.
Каждые четыре года луна, находящаяся ближе к Сатурну, побеждает внешнюю, и их гравитационное притяжение заставляет внутреннюю луну перейти на внешнюю орбиту, а внешнюю на внутреннюю.
За последние 25 лет мы много раз наблюдали их танец, и, насколько мы можем судить, эта конфигурация стабильна в течение существования Солнечной системы. То есть, где-нибудь в нашей Галактике вполне может существовать планетная система, в которой две планеты, а не луны, ведут себя именно так!
Плохие новости в том, что из тысяч открытых нами планет мы пока не знаем ни одной бинарной системы. Новости об открытии такой системы, пролетавшие несколько лет назад, были отозваны. Конечно, наша технология ещё недостаточно хороша для того, чтобы открывать луны вокруг экзопланет, и мы ожидаем, что они там будут.
На самом деле такие случаи совместного использования орбит должны быть редки, но не настолько редки, чтобы мы с ними никогда не столкнулись. Дайте нам телескоп для поиска планет получше, миллион звёзд и десять лет, и я могу поспорить, что мы найдём примеры всех трёх случаев существования двух планет на одной орбите. Законы гравитации и наши симуляции утверждают, что такие случаи должны реализовываться. Осталось лишь отыскать их.
Комментарии (32)
LanMaster
04.01.2017 21:02В контексте этих «трёх правил» напомните, пожалуйста, почему Плутон — не планета.
olgerdovich
04.01.2017 21:12википедия в помощь
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BB%D1%83%D1%82%D0%BE%D0%BD#.D0.A1.D1.82.D0.B0.D1.82.D1.83.D1.81olgerdovich
05.01.2017 18:04+1Занятно: указание ссылки, по которой имеется прямой и развернутый ответ на поставленный вопрос и по которой, вообще-то, можно было бы пройтись до того, как такой вопрос задавать, а не ждать ее в ответ, вызывает отрицательные оценки.
Ощущение, что имеющийся в ответе намек человеку на его инфантильное поведение вызывает осуждение, будто в самом деле маленьких обижают. Детский сад какой-то.
perfect_genius
06.01.2017 21:11+1Может просто вот это вот
%D0%9F%D0%BB%D1%83%D1%82%D0%BE%D0%BD#.D0.A1.D1.82.D0.B0.D1.82.D1.83.D
некрасиво для глаз? =)olgerdovich
06.01.2017 21:36да пес его разберет… когда я пытался поставить ссылку инструментом редактирования комментария, я ее не видел после отправки комментария, пришлось спешно редактировать и ставить ссылку «голышом». Можно было бы ставить ссылку на английскую википедию, там вот это все было бы краше для глаз, но при наличии нормальной страницы в русской вики это, на мой взгляд, все-таки не вполне прилично, хотя сам часто предпочитаю текст английского варианта.
mac_digger
04.01.2017 21:17Центр масс системы Плутон-Харон находится за пределами Плутона.
LanMaster
04.01.2017 21:35+1Мало ли что. Центр масс системы Юпитер-Солнце тоже находится за пределами Солнца. К тому же, орбита Юпитера усыпана таким громадным количеством астероидов, которое ни Плутону, ни остальным планетам и не снилось. Да, есть орбитальный резонанс с ними, но ведь в правилах он никак не упомянут?
caveeagle
04.01.2017 23:47-4Центр масс системы Юпитер-Солнце тоже находится за пределами Солнца.
Вы серьезно???
olgerdovich
05.01.2017 00:07+4как ни удивительно, это действительно так
повторюсь, википедия в помощь
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AE%D0%BF%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80
раздел «Юпитер среди планет Солнечной системы»
3al
04.01.2017 23:54+2Масса всего мусора на орбите Юпитера во много раз меньше массы Юпитера. Масса мусора на орбите Плутона — раз в 12 больше массы самого Плутона. Это и есть критерий.
maxzhurkin
05.01.2017 18:30Помимо этого, орбита Плутона имеет сильный эксцентриситет и пересекает орбиту Нептуна, что делает именно Нептун доминирующим телом в пределах орбиты Плутона, но это IMHO, мнение астрономов именно по этому нюансу мне неизвестно.
DanilinS
04.01.2017 21:37Плутон лишен звания «планета» «административными» методами. По факту — к тому моменту были обнаружены объекты соизмеримого с Плутоном размерами. Что грозило раздуванием числа планет до достаточно большого числа.
Dmitry_Dor
05.01.2017 00:30+1Но есть и ещё один способ, который может показаться вам нестабильным: две планеты на разных орбитах, одна внутри другой, периодически меняющиеся местами.
В общем-то Луна также движется не столько по орбите вокруг Земли, столько по орбите вокруг Солнца, притяжение к которому существенно больше, и соответственнокривизна траектории орбиты Луны вокруг Солнца везде отрицательная
Welran
05.01.2017 13:31Разница в том что Янус и Эпиметей периодически оказываются по разные стороны от Сатурна. А Земля и Луна постоянно находятся на одном расстоянии друг от друга.
Dmitry_Dor
05.01.2017 14:11Разница конечно есть, я не спорю. Я просто хотел сказать, что с точки зрения условного «стороннего наблюдателя» при анализе гравитационного взаимодействия Земли и Луны между собой и с центральным светилом (Солнцем) они ведут себя скорее как две планеты на одной орбите, одна из которых периодически обгоняет/отстает от другой, чем как планета и её спутник.
Nuwen
05.01.2017 07:39Ещё есть Янус и Эпиметей, астероиды, спутники Сатурна, которые меняются орбитами каждый раз, как поравняются. Они уже действительно на одной и той же орбите.
Nuwen
05.01.2017 07:49+3Вот блин, пост не читай@комментарий пиши. Ну можно добавить, что хотя в посте написано что орбиты разные, просто спутники ими меняются, но можно представить себе их орбиты как одну, как бы сложенную восьмёркой, а потом ещё сложенную вдвое. Эдакую орбиту Мёбиуса, в которой спутники летят по разным сторонам ленты.
mac_digger
05.01.2017 12:26+4По разным сторонам ленты Мёбиуса? Не, я не придираюсь, но звучит странно.
olgerdovich
05.01.2017 21:34+1переводить английское binary словом «бинарный» вместо простого «двойной» — это в стиле Вячеслава Голованова, да.
dron_k
06.01.2017 03:39>>>3. Очистить свою орбиту от планетезималей, от конкурентов.
Если они на одной орбите но не конкурируют (не нарушают стабильность системы),
то полагаю при этом не нарушается третий пункт по причине не конкурентности,
что позволит называть их планетами?
black_semargl
07.01.2017 18:38Формально это будет двойная планета, почти как наша Земля-Луна, только с меньшей разницей масс между компонентами.
А что период обращения друг вокруг друга год (для точек лагранжа) или более — роли не играет
Arxitektor
06.01.2017 16:452 Планеты расположены как спутники Сатурна, Эпиметей и Янус. И у жителей сезонные миграции ))
Всегда было интересно а как развивалась бы космонавтика в звездной системе имеющей 2 планеты с разумной жизнью на одинаковой стадии развития? Летали бы в гости к друг другу. За ресурсами да импорт экспорт демократии бы налаживали. Космонавтика точно была бы развитей нашей.
Или одна из планет пригодна для жизни а разумной жизни нет?
Ведь находись в доступности Марса вторая земля… Колонистов туда бы точно отправили. И нефть нашли )black_semargl
07.01.2017 18:40Одинакового уровня развития не получится, уж больно оно взрывное в период НТР. Тут даже просто у соседей может отличаться на уровень.
kahi4
Не полный ответ. Простой пример достаточно устойчивой системы с двумя (да хоть четырьмя) телами — эксцентриситет равен нулю, а планеты находятся в одной плоскости на вершинах правильного многогранника, помимо этого не будет других планет. Понятное дело, что система находится в крайне неустойчивом положении и какая-то мелочь, пролетевшая рядом, быстро разберет всю систему, но тем не менее, вопрос скорее в том, возможно ли такая система в принципе или она гарантированно развалится еще на этапе создания?
Fullmoon
Кстати, да. Точки Лагранжа тут, кажется, вообще не совсем уместны, так как рассматриваются только для двух массивных тел, масса третьего принимается пренебрежимо малой.
p53
Это никоим образом не меняет сути. Положение точек L4 и L5 не зависят от масс. Если планета 2 находится в точке L4 планеты 1, то планета 1 автоматически находится в точке L5 планенты 2. И система оказывается устойчивой.
Fullmoon
Хм. Действительно, L4 и L5 не зависят от массы объектов, так как являются решением более общей проблемы трёх тел.
ptica_filin
Этап создания планет — это и есть целое облако всякой мелочи, которая летает рядом. Скорей всего, неустойчивая система разберётся, не успев собраться.
p53
Речь шла про устойчивые системы. Две и более планеты в вершинах многоугольника — это пример неустойчивого равновесия.