Astronomiya

Yanlış planet orbiti

Yanlış planet orbiti

Matematikada Merkuri orbitini hesablamaq istərdim. AU və AU / ildə mənim ilkin şərtlərim:

x = (-3.610096904077567 * 10 ^ -1); y = (-2.285553971112067 * 10 ^ -1); z = (-8.467301297840119 * 10 ^ -2); vx = (9.95457152429289 * 10 ^ -3 * 365.25); vy = (-1.918192442772782 * 10 ^ -2 * 365.25); vz = (- 1.127871068908956 * 10 ^ -2 * 365.25);

M, G, c-ni Msun, AU, il ilə ifadə edirəm:

M: = 1; G: = 4  Pi ^ 2; c: = 63197.7909261;

Newton tənliklərini həll etsəm, hər şey işləyir və doğru orbit əldə edirəm. Ancaq relyativistik eqns ilə çalışsam:

sol = NDSolve [{(c ^ 2 r [ [Tau]] (-c ^ 2 + GM r [ [Tau]]) Törəmə [1] [r] [ [Tau]] ^ 2 + GM (c ^ 2 - 2 GM r [ [Tau]]) ^ 2 Türev [1] [t] [ [Tau]] ^ 2) / (c ^ 2 - 2 GM r [ [Tau]]) == c ^ 2 r [ [Tau]] ^ 2 (r ^  [Prime]  [Prime]) [ [Tau]], Sin [ [Theta] [ [Tau]]] (2 Cos [ [Theta) ] [ [Tau]]] Törəmə [1] [ [Theta]] [ [Tau]] Türev [1] [ [Phi]] [ [Tau]] + Sin [ [Theta] [ [ Tau]]] ( [Phi] ^  [Prime]  [Prime]) [ [Tau]]) == 0, Cos [ [Theta] [ [Tau]]] Sin [ [Theta] [  [Tau]]] Törəmə [1] [ [Phi]] [ [Tau]] ^ 2 == ( [Theta] ^  [Prime]  [Prime]) [ [Tau]], 2 GM Törəmə [1] [r] [ [Tau]] Törəmə [1] [t] [ [Tau]] == (c ^ 2 - 2 GM r [ [Tau]]) (t ^  [Prime]  [Prime]) [ [Tau]], r [0] == 0.4355859102907327 ', r' [0] == 1.46359,  [Phi] [0] == -2.5771894914147078 ',  [Phi]' [0 ] == 18.406053400410222 ',  [Theta] [0] == 1.766430630766984',  [Theta] '[0] == 8.975543771872271', t [0] == 0.00000000, t '[0] == 0.0003188110212866474'}, {r,  [Phi],  [Theta], t}, { [Tau], 0, 1}]

ilkin şərtlərin kartezyandan sferikə çevrildiyi yerlərdə doğru orbit əldə etmirəm:

 [Phi] s [tt_] =  [Phi] [tt] /. sol [[1]] /. tt ->  [Tau] rs [tt_] = r [tt] /. sol [[1]] /. tt ->  [Tau]  [Theta] s [tt_] =  [Theta] [tt] /. sol [[1]] /. tt ->  [Tau] ParametricPlot [{(rs [tt] * Sin [ [Theta] s [tt]] * Cos [ [Phi] s [tt]]), (rs [tt] * Sin [ [Theta] s [tt]] * Sin [ [Phi] s [tt]])}, { [Tau], 0, 1}]

Başlanğıc şərtlərdə səhv bir şey varsa başa düşmürəm, çünki eyni prosedur və vahidlərlə Newton tənliklərindən istifadə etdim və hər şey işlədi.


Nə üçün bəzi planetlər günəş sistemimizə dair ekstrasol anlayışları səhv bir şəkildə dövr edir

ŞƏKİL: Retroqrad isti Yupiter: keçid edən nəhəng planet ulduza çox yaxın və ulduz fırlanmasının əks istiqamətində fırlanır. Bu özünəməxsus konfiqurasiya cazibə narahatlığından qaynaqlanır. daha çox bax

1995-ci ildən bəri 500-dən çox günəşdən kənar planet - günəş xaricindəki ulduzların ətrafında dövr edən planetlər aşkar edilmişdir. Ancaq yalnız son bir neçə ildə astronomlar bu sistemlərin bəzilərində ulduzun bir tərəfə fırlandığını və planetin həmin ulduzun əks istiqamətdə fırlanması.

"Bu, həqiqətən qəribədir və planet daha çox ulduza yaxın olduğu üçün daha qəribədir" dedi Northwestern Universitetinin nəzəri astrofiziki Frederic A. Rasio. "Biri necə bir şəkildə fırlanır, digəri isə tam əksinə dönə bilər? Dəli. Bu, açıq şəkildə planet və ulduz meydana gəlməsindəki ən əsas mənzərəmizi pozur."

Sözü gedən planetlər, ümumiyyətlə mərkəzi ulduzlarına çox yaxın bir orbitə çıxan "isti Jupiters" adlanan nəhəng planetlərdir. Bu nəhəng planetlərin ulduzlarına necə bu qədər yaxınlaşdığını müəyyənləşdirmək Rasio və tədqiqat qrupunun fırlanan orbitlərini də izah etməsinə səbəb oldu. Kəşflərinin təfərrüatları Nature jurnalının 12 may sayında dərc edilmişdir.

"Və bu kəşf NSF-nin MRI proqram dəstəyinin bir kompüter klasterinin əldə edilməsinə daha geniş təsiridir" dedi NSF Qravitasiya Fizikası Proqramının direktoru Beverly Berger. Onu istifadə edərək və geniş miqyaslı kompüter simulyasiyalarını həyata keçirən Rasio tədqiqatçıları, isti bir Yupiterin orbitinin ulduzun fırlanmasına əks istiqamətdə necə sürüşə biləcəyini modelləşdirən ilk şəxs oldu. Daha uzaq bir planetin cazibə narahatlıqları, isti Yupiterin həm "səhv bir yola", həm də çox yaxın bir orbitə sahib olması ilə nəticələnir.

Rasio, "Birdən çox planet əldə etdikdən sonra, planetlər bir-birlərini cazibə qüvvəsi ilə narahat edirlər" dedi. "Bu, maraqlı olur, çünki hansı orbitdə əmələ gəldikləri, orbitin sonsuza qədər davam edəcəkləri mənasını daşıyır. Bu qarşılıqlı narahatlıqlar orbitləri dəyişdirə bilər.

Tədqiqatçılar, ekstrasolar bir sistemin özünəməxsus konfiqurasiyasını izah edərkən, planetar sistemin meydana gəlməsi və təkamülü haqqında ümumi anlayışımızı əlavə etdilər və tapdıqlarının Günəş sistemi üçün mənasını əks etdilər.

Rasio, "Günəş sistemimizin kainatda tipik olduğunu düşünürdük, ancaq ilk gündən xaricdəki planet sistemlərində hər şeyin qəribə göründüyünü" söylədi. "Bu, bizi həqiqətən qəribə hala gətirir. Bu digər sistemlər haqqında məlumat əldə etmək sistemimizin nə qədər xüsusi olması üçün bir kontekst yaradır. Əlbətdə ki, xüsusi bir yerdə yaşayırıq."

Problemi həll etmək üçün istifadə etdiyi tədqiqat qrupu, əsasən orbital mexanikadır. Rasio, NASA-nın günəş sistemi ətrafında peyk göndərmək üçün istifadə etdiyi eyni fizikanı söylədi.

"Gözəl bir problem idi," dedi Naoz, "çünki cavab bizim üçün uzun müddətdir. Eyni fizikadır, amma heç kim bunun isti Jüpiterləri və fırlanan orbitləri izah edə biləcəyini görmədi."

Rasio, "Hesablamaları aparmaq açıq və ya asan deyildi." Keçmişdə başqaları tərəfindən istifadə edilən bəzi yaxınlaşmalar həqiqətən çox doğru deyildi. Biz bunu 50 il ərzində ilk dəfə çox sağa bildik. Smadar inadkarlığı. "

Rasio əlavə etdi: "Əvvəlcə kağız üzərində hesablamalar apara bilən və tam bir riyazi model inkişaf etdirən, sonra tənlikləri həll edən bir kompüter proqramına çevirə bilən ağıllı, gənc bir insan lazımdır". "Bu, astronomların apardıqları ölçmələrlə müqayisə etmək üçün həqiqi rəqəmlər çıxara biləcəyimiz yeganə yoldur."

Tədqiqatçılar modellərində günəşə bənzər bir ulduz və iki planetin olduğu bir sistem varsayırlar. Daxili planet Yupiterə bənzər bir qaz nəhəngidir və əvvəlcə Yupiter tipli planetlərin meydana gəldiyi düşünülən ulduzdan uzaqdır. Xarici planet də kifayət qədər böyükdür və ulduzdan ilk planetdən daha uzaqdır. Daxili planetlə qarşılıqlı əlaqədə olur, onu narahat edir və sistemi sarsıdır.

Daxili planetdəki təsirlər zəifdir, lakin çox uzun bir müddət ərzində yığılır və nəticədə sistemdə iki əhəmiyyətli dəyişiklik baş verir: daxili qaz nəhəngi ulduza çox yaxın orbitdə və orbit mərkəzi ulduzun əks istiqamətindədir. fırlatmaq. Dəyişikliklər, modelə görə baş verir, çünki iki yörüngə bucaq impulsunu dəyişir və daxili güclü dalğalar sayəsində enerjisini itirir.

İki planet arasındakı cazibə birləşməsi daxili planetin ekssentrik, iynə şəkilli bir orbitə çıxmasına səbəb olur. Xarici planetin üzərinə ataraq etdiyi çox açısal impulsu itirməlidir. Daxili planetin orbiti tədricən azalır, çünki enerji gelgitlər vasitəsilə yayılır və ulduza yaxınlaşaraq isti bir Yupiter istehsal edir. Bu müddətdə planetin orbitində çevrilə bilər.

Astronomların bu isti Yupiter sistemlərini apardıqları müşahidələrin yalnız dörddə biri çevrilmiş orbitləri göstərir. Rasio, Northwestern modelinin həm çevrilmiş, həm də çevrilməmiş yörüncələr istehsal edə bilməsi lazım olduğunu söylədi.

Məqalənin adı "Dünyəvi Planet-Planet Qarşılıqlı əlaqələrindən isti Jupiters" dir. Rasio və Naozdan başqa, məqalənin digər müəllifləri Will M. Farr, Astrofizikada Fənlərarası Kəşfiyyat və Tədqiqatlar Mərkəzinin (CIERA) doktorantı Yoram Lithwick, fizika və astronomiya dosenti və qonaq Jean Teyssandierdir. doktoranturaya qədər, hamısı şimal-qərblidir.

Milli Elm Vəqfi, Şimal-qərbdəki CIERA və Peter və Patricia Gruber Vəqfi Təqaüdü tədqiqatları dəstəklədi.

İmtina: AAAS və EurekAlert! EurekAlert-ə göndərilən xəbərlərin düzgünlüyünə görə məsuliyyət daşımırlar! töhfə verən təşkilatlar tərəfindən və ya EurekAlert sistemi vasitəsilə hər hansı bir məlumatın istifadəsi üçün.


Başqa bir ulduz sistemindən olan Asteroid, Yupiter yaxınlığında səhv bir şəkildə orbitə çıxdı

Günəş sistemimizdə ulduzlararası kosmosdan daimi bir qonaq tapıldı. Günəşimizi dövr edən bir asteroidi araşdıran astronomlar.

Günəş sistemimizdəki kometlər və asteroidlərin Dünya ilə toqquşması həyatın ortaya çıxması üçün lazımlı üzvi maddə və su gətirdiyi düşünülsə də, mütəxəssislər son kəşfin Günəş sisteminin xaricindəki cisimlərin də rol oynadığını düşünür.

"Gedib onu daha çox müşahidə etmək və tərkibini anlamaq çox maraqlı olardı" dedi. Observatoire de la Côte d'Azur'dan aparıcı müəllif Dr Fathi Namouni.

"[Bu asteroidin kəşfindən] əvvəl, yalnız günəş sistemindəki fenomenləri günəş sistemində olan və hər zaman günəş sisteminin bir hissəsi olduğunu düşünən obyektlərlə izah etmək üçün çalışmalıydıq" dedi. "İndi günəş sistemini həqiqətən təsir edən yeni material mənbələrimiz var və buna görə də günəş sistemi ayrı böyüməyib".

Son kəşf Günəş sistemimizin daimi üzvü kimi görünən bir asteroidin mənşəyinin başqa bir ulduz sistemində olduğu ilk dəfə ortaya çıxdı. ‘Bu ilin əvvəlində Günəş sistemimizi seyr edən bir asteroid Oumuamua yalnız qaçaq bir səfərdə idi.

2015 BZ509 asteroidi kimi tanınan daimi qonaq təxminən 3 km məsafədədir və ilk dəfə 2014-cü ilin sonlarında Havaydakı Haleakala Rəsədxanasındakı Pan-Starrs layihəsi tərəfindən görüldü. Mütəxəssislər, asteroidin planetləri əks istiqamətdə - retrograd orbitdə günəş ətrafında gəzdiyini tez bir zamanda başa düşdülər.

Animasiya, asteroidin günəş ətrafında səhv səyahət etdiyini göstərir - video

Asteroid üzərində aparılan daha bir iş, əks istiqamətdə və fərqli formalı bir yolla olmasına baxmayaraq günəşin Yupiter planeti ilə ortalama oxşar məsafədə dövr etməsi üçün eyni uzunluğu tələb etdiyini ortaya qoydu, ikisinin cazibə qarşılıqlı əlaqəsi var.

Ancaq asteroidin harada gəldiyini açmaq çətin idi.

Günəşi nəhəng planetlər - Yupiter, Saturn, Uranus və Neptun arasında aparan yollarla dövr edən asteroidlər kentavr kimi tanınır və bir çoxunun dağınıq disk kimi Günəş sistemi içindəki uzaq material zolaqlarından gələ biləcəyi düşünülür. ya da Oort buludu. BZ509 kimi bir neçəsinin retrograd yolları olduğu bilinir, baxmayaraq ki, bu cür orbitlərdə necə qaldıqları aydın deyil.

Üstəlik, kentavrların orbitlərini dəqiq bir şəkildə bağlamaq çətindir və qeyri-sabit hesab olunur.

Ancaq BZ509 ilə əlaqəli qeyri-adi bir şey var idi: əvvəlki tədqiqatlar retrograd kentavrların planetlərə ən çox 10.000 il cazibə qüvvəsi ilə "bağlı" qalmalarını təklif edərkən, son işlərdə bu asteroidin orbitinin Yupiterlə daha uzun müddətə, ehtimal ki, planetin kütləsi və hər ikisi də günəşin ətrafında dövr etmək üçün eyni vaxt tələb edir.

Kral Astronomiya Cəmiyyətinin Aylıq Bildirişlərində yazan Braziliyanın São Paulo Dövlət Universitetindən Namouni və həmmüəllif Dr. Helena Morais, asteroidin orbiti üçün hər birinin kiçik ölçülü bir milyon imkan yaratmalarına imkan verən yeni bir kompüter modeli necə inkişaf etdirdiklərini izah edirlər. fərqləri və onların təkamülünü izləyin.

Komandanın təəccübünə səbəb olan nəticələr, asteroidin orbitinin çox bənzər olaraq qaldığını və 4.5 milyard il ərzində Yupiterlə əlaqəli olduğunu, başqa sözlə, planet meydana gəldikdən sonra ortaya çıxdığını göstərir. "Bu tamamilə gözlənilməz oldu" dedi Namouni.

Kəşf asteroidin mənşəyi ilə bağlı həyati ipuçları verir. "Günəş sisteminin dağıntıları ola bilməzdi, çünki 4,5 milyard ildə Günəş sistemindəki bütün cisimlər, planetlər, asteroidlər, kometlər Günəş sistemini eyni istiqamətdə gəzir" dedi. çox güman ki, izahat, asteroidin Yıldız ulduzlar arasındakı kosmosdan Günəş sisteminə keçərkən tutduğudır. "Bu, günəş sisteminə yad bir şey deməkdir" dedi.

Namouni, asteroidin Günəş sisteminin yeganə immiqrantı ola biləcəyini söylədi. Kompüter modelləşdirməsi Yupiter tərəfindən tutulan, lakin sonra planetin cazibə qüvvəsindən qurtulan asteroidlərin indi Günəş sisteminin müstəvisinə perpendikulyar bir yolda günəşin ətrafında döndüyünü göstərir. Namouni deyir ki, astronomlar bu cür cəsədlər üçün ova getməlidirlər. "[BZ509] [Yupiter] tərəfindən ələ keçirildikdə, yəqin ki, təkbaşına ələ keçirilmədi və ya bəlkə dağıldı" dedi.

Tədqiqatda iştirak etməyən Lancaster Universitetinin bir planetar alimi Dr Licia Ray, Günəş sisteminin ortasında başqa bir ulduz sistemindən bir cəsədin tapılmasının həyəcan verici olduğunu söylədi.

"Bu o deməkdir ki, daha yaxşı bir kəlmə olmadığı üçün, meydana gəlməsi əsnasında ulduz planetlərinin olmaması səbəbindən çox sayda çirklənmə əldə edə bilərsiniz" dedi və başqa asteroidlərin Günəş sistemimizə girib günəşə çırpılması ola biləcəyini söylədi. , planetlərə və ya aylara atıldı və ya hətta parçalandı - bu, təəccüblü bir ehtimal deyil, çünki Yupiter və Saturn aylarının yad həyat üçün əlverişli şərtlərə sahib olduqlarını düşünürlər.

"Bu, mütləq fərqli sistemlər arasında yayılmış üzvi bina blokları [həyat] əldə edə biləcəyiniz anlamına gələ bilər" dedi.

Komanda indi daha irəli getməyə ümid edir. "Zaman maşını simulyasiyamızı haradan gəldiklərini görmək üçün digər retrograd kentavrların orbitlərinə tətbiq etmək istəyirik" dedi.


Gliese 581: Doğru Sistem, Yanlış Planet?

Gliese 581 & # 8217s maraqlı planet sistemi üzərində yeni iş, yaşana bilən bölgədə bir planet ümid edənlər üçün kədərli ola bilər. İki & # 8216super-Earth & # 8217 və Neptun sinif dünyası ilə, bu yaxın analiz üçün fəryad edən bir sistemdir. Super Yerləri aşkar edən Cenevrə qrupu, Gliese 581 c-də səth temperaturunu təxminən 20 dərəcə C-də hesabladılar. Atdıqları şey atmosferin istixana təsiri idi.

Yaşayış üçün & səthdə maye suyun olması kimi təyin olunan & # 8212 yalnız mərkəzi ulduzdan deyil, həm də onu dövr edən planetlərin xüsusiyyətlərindən asılıdır. Werner von Bloh (Potsdam İqlim Təsiri Araşdırmaları İnstitutu) və komanda atmosfer baxımından uyğunluq sualını həll edir. Kağızlarından:

& # 8230 yaşayış qabiliyyəti planetin atmosferdəki CO2 konsentrasiyasından asılı olan planetin fotosintetik aktivliyi ilə əlaqələndirilir və buna görə də planetar dinamika güclü şəkildə təsirlənir. Prinsipcə, bu, planetlik atmosfer CO2 konsentrasiyasının davamlı azalması səbəbiylə zamanla ulduz HZ (müəyyən bir planet növü üçün) daha da daraldığı üçün əlavə yaşayış və müvəqqəti məhdudiyyətlərə səbəb olur.

Buradan ekip, atmosfer karbon dioksidini və su ilə quru səthləri arasında dəyişən nisbətləri nəzərə alan bir termal təkamül modeli istifadə edərək super-Earths üçün yaşayış zonası məhdudiyyətlərini araşdırır. Nəticələr: Gliese 581 sistemindəki hər iki super-Earth, gelgit kilidləmə radiusunun içindədir və hər zaman bir üzü ulduza dönmüş vəziyyətdə saxlayır. Yerdəki dünyalar haqqında bu qədər mətbuat spekülasyonunun mənbəyi olan Gliese 581 c, həyatı dəstəkləmək üçün çox isti olduğu ortaya çıxdı. Ulduz parlaqlığını ölçmək belə, Veneraya nisbətən ulduzuna daha yaxındır.

Fəqət biz bunu bacarmırıq. Maraqlıdır ki, təxminən səkkiz dünya kütləsindən ibarət olan super-Earth olan Gliese 581 d, sıx bir atmosfer qura bilərdi. Ən azı bəzi iqlim modelləri və karbon dioksid təzyiqləri ilə planet yaşana bilən zonanın içərisində nüvə edir və 7.2 milyard il müddətində yaşana bilər. Kağızdan:

Səkkiz Yer kütləsi olan bir planetin, bu qədər sıx bir atmosfer qurmaq üçün Yer ölçüsündə bir planetdən daha çox uçucu var. Bu, gelgit kilidlənməsi səbəbindən atmosferin donmasını qarşısını alır. Eksantrik bir Gl 581d (e = 0,2) orbitində, bu işdə nəzərdən keçirilmiş bütün parlaqlıq aralığında planet, hətta maksimum CO2 təzyiqi 5 bar kimi qəbul edilsə də, yaşamaq üçün əlverişlidir. Williams & # 038 Pollard (2002), kifayət qədər sıx atmosferə sahib bir planetin orbitinin müvəqqəti HZ xaricində olmasına baxmayaraq həyatı bürüyə biləcəyi qənaətinə gəldi. Nəticə olaraq, həyatın Gl 581d-də yarandığını gözləmək olar.

Müəlliflər bu xəbərdarlığı əlavə etməyə davam etdilər: "Əksinə mənfi ətraf mühit şərtləri" kimi təsvir etdikləri üçün kompleks həyat çətin. & # 8217; Əlbətdə ki, atmosferdəki potensial biyomarkerlərə bir nəzər yetirə bilməyəcəyik. həm bu super-Earth. Bunun üçün daha sonra ESA & # 8217s Darwin kimi kosmik missiyaları və Yerüstü Planet Finder tədqiqatlarından ötəri istənilən missiyanı gözləmək lazımdır. Maliyyənin qeyri-müəyyənliyini və davam edən texnoloji yenidən qiymətləndirməni nəzərə alsaq, bir müddətdir Gliese sistemi ilə bağlı qəti cavabımız olmaya bilər.

Bu göstəriciyə görə Andy-yə təşəkkür edirəm və təbrik edirəm. Gliese 581 c-də ilk hekayəmizə olan şərhləri oxuyun və Andy-nin hekayə pozulmasından çox keçmədən olduqca oxşar nəticələr çıxardığını görəcəksən. Həqiqətən yaxşı iş! Kağız von Bloh et al., & # 8220Gliese 581-də super-Earth-lərin mövcudluğu & # 8221.

Bu giriş haqqında şərhlər bağlıdır.

Gl581c-in hələ bir tamamilə silinmə olduğunu düşünmürəm, amma Gl581d mütləq ikisinin gözəlidir, amma hər ikisi də olduqca pisdir & # 8211 & # 8220c & # 8221 çox isti, ehtimal ki, yaş bir İstixana & # 8220d & # 8221 kütləvi bir CO2 atmosferi ilə istilənir. Ehtimal olunan su təchizatı ehtimalını nəzərə alsaq, həm dərin okeanlarda, həm də Buz VII təbəqələrində örtülmüşlər & # 8211; Özümüzü axtarmayana qədər və ya Yupiterin və Zodiacal tozunun üstündən super ölçülü interferometrlər və koronaqraflar qurulana qədər bilməyəcəyik.

Haqlısan, Adam. Əşyaların hazırkı görünüşündən, bu yerlərin heç biri həyat üçün optimal görünmür və & # 8216terrestrial & # 8217 etiketi sürətlə azalır. İndi dünyaya bənzər bir dünya üçün növbəti namizədin nə olacağını fərziyyə edə bilərik. İşlərin nə qədər sürətli olduğunu nəzərə alsaq, tezliklə başqa bir maraqlı ehtimalımızın olacağından şübhələnirəm.

Tapdığımız bütün Jupiters və Neptunes ilə hər kəs sistemlərində yaşaya biləcəyi zonada neçə böyük ayın yaşadığını təxmin edə bilərmi? Daha əvvəl müzakirə olunan mövzunu görmüşdüm, amma gözümün qabağını gördüyümü xatırlaya bilmirəm (çünki açıq-aşkar planet meydana gəlməsini ən yaxşı başa düşdüyümüzə görə təxmin edəcəyik).

Bu çox yaxşı bir sualdır və bu barədə heç bir qiymətləndirmə görməmişəm və ola bilsin ki, çox sayda imponderable var. Bəlkə buradakı birisi bir arayış bilir.

Bu super-Earth və ya mini-Neptunes-un həqiqətən necə göründüyünə dair hər hansı bir təxmin var? Titan, Venera və Uranın hamısı yumşaqdır və qalın bir superkritik suyun zərfinin görmə fərqliliyi qatacağını xəyal etmirəm. Nəhayət şəkillər əldə edə bilsək və tapdığımızın əksəriyyəti müxtəlif rəngli rəngsiz rəngli mürəkkəb ləkələridirsə, bu faciəli olmazmı? Qitələri, okeanları, fırtınaları və ekzotik rəngləri görmək istəyirik, amma yaşayış üçün uyğun bir planet də bir tüstü topuna bənzəyir. Titan bir portağal tüstüsü Veneranın bir topu, ağ tüstü Uranusun bir top camsı tüstüsüdür bəlkə də qırmızı, yaşıl, sarı, bənövşəyi, çəhrayı və ya digər siqaret köpükləri taparıq, ancaq incə geyinməyə başlaya bilərik. Ümid edirəm ki, böyük dərəcədə şəffaf atmosferi olan yerüstü və ya yerüstü planetlər istisna deyil & # 8217.

Böyük ayların meydana gəlməsi çox yaxşı başa düşülməmişdir və çox sayda rəqabət edən nəzəriyyə var və məlumat vermək üçün yalnız üç müntəzəm peyk sistemi var. Əksər kosmogonistlər, nəhəng planetlərin Günəşə bənzər bir şəkildə meydana gəldiklərini və orbitdə indiki aylarına yayılan material diskləri olduğunu düşünürlər. Maraqlısı budur ki, ay sistemləri bütün ilkinliklərinin təxminən 1/5000-ni kütləsinə gətirir. Bu, Yer ölçüsündə olan ayları istisna edə bilər, lakin Io, Europa və Ganymede bizə lazım olduğu vəziyyətdə maqnit sahələri və aktiv geologiya / hidrologiyaya sahib ola biləcəyimizdən bir az daha ağır ay göstərdilər.

Jovian planetlərinin Trojan nöqtələrində planetə bənzər böyük cisimlərin meydana gələ biləcəyini və əmələ gələn qaz nəhəngi ətrafında bir orbitdə köç edə biləcəyini düşünmək üçün çox səbəb var. Mən şəxsən Titanın, bəlkə də Tritonun və Ayı meydana gətirən təsir gücünün mənşəyindən şübhələnirəm. Beləliklə, bir Jovian Yer ölçüsündə bir ayı ələ keçirə bilər, amma çox güman ki, bir ay meydana gətirməyəcəkdir. Günəş Sistemimizlə ən azı planetlərin ətrafında, lakin digər sistemlərdə fərqli şeylər var. Ən azı bir isti Yupiterin çox miqdarda daha ağır elementi var və daha da kənar bir orbitdə dayanmış olsaydı, nəhəng bir ay sistemi meydana gətirə bilər.

Sistemimizə və cüzi məlumatlara əsaslanaraq düşünürəm ki, Jovian planetlərinin ətrafında olduqca narahat olmayan orbitlərdə təxminən 4-5 böyük aya bahis etmək ən çox haqlıyıq. İsti Jovianlar, aylar üçün sabit orbitlər üçün ibtidai seçkilərə çox yaxındır.

Sky & amp Teleskopun bir neçə il əvvəl mövzu ilə əlaqədar bir məqaləsi var idi & # 8230

Nəhəng planetlərin aylarına gəldikdə: bəs onları aşkar etməyin imkanları nələrdir? Radial sürətdən (doppler sürüşməsi) istifadə edərək birincildən fərqlənməyəcəklər və hətta birbaşa görüntüləmə (gələcəkdə) istifadə edərək birincil tərəfindən boğulacaqlar.

Fotometrik keçid vaxtı dəyişikliklərindən & # 8220exomoons & # 8221'in ölçüsünün, kütləsinin və sıxlığının təyin edilməsi

Müəlliflər: A. Simon, K. Szatmary, G.M. Szabo

Özet: Qarşıdakı kosmik missiyaların dəqiq fotometrik ölçmələri ekzoplanetlərin peyklərinin ölçüsünü, kütləsini və sıxlığını təyin etməyə imkan verir.

Burada fotometrik tranzit vaxtı dəyişikliyindən ($ TTV_p $) istifadə edərək belə bir təhlili təqdim edirik. Həm keçid edən planetin həm də peykinin işıq əyrisi təsirlərini araşdırdıq. Tranzitin sabit bir mərkəz mərkəzinin tranzitinə bərabər olan fotometrik mərkəzi vaxtını təyin edirik. Bu nöqtə baryenterin ətrafında dövr edir və fotometrik keçid vaxtı dəyişikliyinə səbəb olur. $ TTV_p $ -nin dəqiq qiyməti, peykin və planetin sıxlığından, kütləsindən və ölçüsündən asılıdır. Bu parametrlərdən ikisi müstəqil olduğundan sıxlıq nisbətinin etibarlı qiymətləndirilməsi ekzomonun ölçüsünün və kütləsinin qiymətləndirilməsinə gətirib çıxarır. Parametrlərin yuxarı qiymətləndirmələri, $ TTV_p $ -ın yuxarı həddi məlum olduqda mümkündür. Yoğunluq nisbətinin etibarlı bir şəkildə qiymətləndirilə bilməməsi halında, bərabər sıxlıqları qəbul edərək bir yaxınlaşma təklif edirik. Təqdim olunan fotomərkəz $ TTV_p $ analizi peykin ölçüsünü kütlədən daha yaxşı proqnozlaşdırır. Günəşin qarşısında Yer-Ay sisteminin keçidlərini simulyasiya etdik. Təxminən Ayın ölçüsü və kütləsi 0,020 Yer kütləsi və bərabər sıxlıq qəbul edildiyi təqdirdə 0,274 Yer ölçüsüdür. Bu nəticə 2 faktor daxilindəki real dəyərlərlə müqayisə edilə bilər. Əgər həqiqi sıxlıq əmsalı (təxminən 0,6) daxil edilsə, nəticələr 0,010 Yer-Kütlə və 0,253 Yer ölçüsüdür və bu, 20% -də həqiqi dəyərlərlə uyğun gəlir.


Yanlış planet orbiti - Astronomiya

Qoşuldu: 30 iyun 2018
Yaş: 72
Cins: Kişi
İsmarıclar: 6,832
Yer: İndiana

99942 Apofis Misirlinin ləqəbli Xaosun Allahı bir Yer təsiri üçün potensial bir təhdiddir. Böyük ölçüsünə və Yer kürəsi ilə kəsişən orbitinə görə təhlükəlidir. Nəhəng, 1120 fut genişlikdə olan kosmik qaya, 2029-cu ildə olduğu kimi, 13 aprel 2029-cu il tarixində də Yer səthindən 23.441 mil məsafədə uçacaqdır. Ancaq 2068-ci ildə uçmaq elm adamını narahat etdi. Dünyaya dəysəydi, 1000 meqaton TNT-dən daha çox kinetik enerji buraxardı. Atmosfer partlayış dalğası (1 psi-də) təsir nöqtəsindən təxminən 100 mil məsafədə uzanacaqdı.

Müqayisə üçün, bir neçə ay əvvəl Beyrutdakı bir limanda Livan paytaxtına dağıntılar gətirən, binalara ziyan vuran, yüzdən çox insanın ölümü və minlərlə insanın yaralanması ilə nəticələnən bir partlayış baş verdi. Mütəxəssislər, Insider-ə bildiriblər ki, partlayışın 0.0002 - 0.0003 meqaton TNT-yə bərabər partlayıcı məhsuldarlığı var.

Asteroid sürətlənir, çünki Yarkovski effekti səbəbindən günəşin kosmik qayanı qeyri-bərabər qızdırması səbəb olur. Bu, Apophis orbitində cüzi bir dəyişiklik ilə nəticələnir. Hawaii Universiteti Astronomiya İnstitutu astronomu Dave Tholen, etdiyi şərhdə. “Bu ilin əvvəlində Subaru teleskopu ilə əldə etdiyimiz yeni müşahidələr Apophisin Yarkovski sürətlənməsini aşkar etmək üçün kifayət qədər yaxşı idi və asteroidin ildə təxminən 170 metr sırf cazibə qüvvəsi orbitindən uzaqlaşdığını göstərir ki, bu da saxlamaq üçün kifayətdir. oyundakı 2068 təsir ssenarisi. ”


Məni üçqat et

Sözügedən ulduz sisteminə GW Orionis adı verilir və o, dünyadan təxminən 1250 işıq ili yaxınlığında, ulduz əmələ gətirən Orion bölgəsində yerləşir. Sistem gəncdir, hələ formalaşma mərhələsindədir və üç ulduzdan ibarətdir. Hər ikisi də Günəşdən bir qədər böyükdür (kütləsinin 2,5 və 1,4 qat), bir-birlərini Yerin Günəşlə olduğu məsafədə təxminən eyni məsafədə dolaşır. Üçüncü bir ulduz, eyni zamanda Günəşdən bir qədər böyükdür, bu ikisini Yerlə Günəş arasındakı məsafədən təxminən səkkiz dəfə çox olan bir məsafədə dövr edir.

Tədqiqatçılar 11 ildir sistemi müşahidə edirlər və bu da kifayət qədər dəqiq orbital məlumat əldə etməyə imkan verir. Və onsuz da burada işlər bir az yöndəmsizdir. Ən xarici ulduzun orbiti daxili iki ulduzun orbitinin müstəvisinə nisbətən 13 ° meyl edir. Xüsusilə təəccüblü deyil. Multistar sistemlər çökdükcə böyük bir qaz və digər material buludu kimi meydana gəlir. Çökmə səliqəli bir təyyarədə meydana gəlməkdənsə, əksinə mərkəzdən kənar orbitlərə səbəb olan təlatümlü, üç ölçülü bir mühitdə baş verir.

Ancaq üç ulduzun orbitləri, ətraflarında əmələ gələn qaz və toz diskləri üçün nəticələrə səbəb oldu. Bu disk görüntüləmə kampaniyası zamanı da göründü və yuxarıda göstərildiyi kimi nəticələr olduqca mürəkkəb idi. Diskin şəkilləri, ulduzları əhatə edən parlaq və qaranlıq ləkələrin mürəkkəb bir nümunəsini və disk içərisindəki ən az üç fərqli sıx maddənin üzüklərini göstərir.

Yeni analizlərin əksəriyyəti tədqiqat qrupunun sistemin üçölçülü bir modelini yaradan bu parlaq və qaranlıq material nümunəsini şərh etməsini əhatə edir. (Kağızın çox hissəsi "" R3-ün göydə proqnozlaşdırılan formasını, ulduzlara və S1 və S2 kölgələrinin formasına görə mərkəzdən kənar mövqeyini çoxaltmaq üçün sıfırdan kənar bir eksantriklik (e = 0.3) qəbul etdik. ± R1 halqası üçün ± 0,1, ulduzlar ellipsin mərkəz nöqtələrindən birində yerləşir. ") Son nəticə GW Orionis'in ulduzlarını əhatə edən materialın fiziki cəhətdən inandırıcı bir düzülüşüdür.


Hubble, uzun müddət düşünülmüş “Doqquz Planet” ə bənzəyən qəribə bir ekzoplaneti kəşf etdi

HD106906 b adlanan 11-Yupiter-kütləli ekzoplanet, 336 işıq ili uzaqlıqdakı bir cüt ulduzun ətrafında mümkün olmayan bir orbit tutur və evə daha yaxın ola biləcək bir şeyə dair ipuçları təklif edə bilər: Günəş Sistemimizin fərziyyəli uzaq bir üzvü "Planet Doqquz. ” Astronomlar, ilk dəfə Yupiterə bənzər nəhəng bir planetin ev sahibi ulduzlardan və görünən dağıntı diskindən çox uzaq bir dövrdə hərəkət etməsini bacardı.

Ekzoplanet HD106906 b 2013-cü ildə Çilinin Atakama Səhrasında Las Campanas Rəsədxanasında Magellan Teleskopları ilə kəşf edildi. Bununla birlikdə, astronomlar o zaman planetin orbitindən bir şey bilmirdilər. Bunun üçün yalnız Hubble Kosmik Teleskopunun edə biləcəyi bir şey tələb olunurdu: 14 il ərzində sərgərdanın hərəkətinin olduqca dəqiq ölçülərini qeyri-adi dəqiqliklə toplamaq.

Ekzoplanet parlaq, gənc ulduz cütlüyündən son dərəcə uzaqdır - Yerin Günəşdən 730 qat məsafədən çox. Bu geniş ayrılma, Hubble müşahidələrinin qısa bir müddətdə 15 000 illik orbitini təyin etməyi olduqca çətinləşdirdi. Planet çox uzaq ana ulduzlarının zəif cazibə qüvvəsini nəzərə alaraq öz orbitində çox yavaş sürünür.

HD106906 b adlanan 11-Yupiter-kütləli bir ekzoplanet, 336 işıq ili uzaqlıqdakı bir cüt ulduz ətrafında mümkün olmayan bir orbit tutur və evə daha yaxın ola biləcək bir şeyə dair ipuçları təklif edə bilər: Günəş Sistemimizin fərziyyəli uzaq bir üzvü "Planet Nine . ” Astronomlar, ilk dəfə Yupiterə bənzər nəhəng bir planetin ev sahibi ulduzlardan və görünən dağıntı diskindən çox uzaq bir dövrəni ölçməsini bacardı. Kredit: ESA / Hubble, M. Kornmesser

Bu yeni nəticənin arxasındakı Hubble komandası [1] ucqar dünyanın ekzoplanetin əkiz qonaq ulduzlarını əhatə edən tozlu dağıntı diskinə çox meylli, uzanan və xaricində olan həddindən artıq bir orbitə sahib olduğunu təəccübləndirdi. Zibil diskin özü bəlkə də yaramaz planetin cazibə qüvvəsinə görə çox fövqəladədir. Bu işə Kaliforniya Universitetindən, Berkeley-dən Meiji Nguyen rəhbərlik etmişdir.

"Bunun niyə qəribə olduğunu vurğulamaq üçün yalnız öz Günəş Sistemimizə baxa və bütün planetlərin təxminən eyni müstəvidə yerləşdiyini görə bilərik" deyə Nguyen izah etdi. "Yəni Yupiterin başqa planetlərin orbitində fırlandığı təyyarəyə nisbətən 30 dərəcə meyl etməsi qəribə olardı. Bu, HD 106906 b-nin bu qədər meylli bir orbitdə necə sona çatması ilə bağlı hər cür sual doğurur. ”

Ekzoplanetin bu qədər uzaq və qəribə meylli bir orbitə necə gəldiyini izah edən hakim nəzəriyyə, ulduzlarına çox yaxın, Yerin Günəşdən təxminən üç qat məsafədə meydana gəlməsidir. Bununla birlikdə sistemin qaz diski içərisindəki sürüşmə planetin orbitinin çürüməsinə səbəb oldu və onu ulduz sahiblərinə doğru içəriyə köçməyə məcbur etdi. Daha sonra fırlanan əkiz ulduzlardan gələn cazibə qüvvələri onu sistemdən və ulduzlararası boşluğun boşluğuna atan eksantrik bir orbitə atdı. Sonra bu sistemə çox yaxın olan bir ulduz ekzoplanetin orbitini sabitləşdirərək ev sistemindən çıxmasına mane oldu. Namizəd keçən ulduzlar əvvəllər Avropa Kosmik Agentliyinin Gaia tədqiqat peykindən dəqiq məsafə və hərəkət ölçüləri istifadə edilərək müəyyən edilmişdi.

HD106906 b-nin qəribə orbitini izah edən bu ssenari, bəzi cəhətlərdən, Hipotetik Planet Nine-nin Kuiper Kəmərinin kənarında, öz Günəş Sistemimizin xarici hissələrində sona çatmasına səbəb ola bilənlərə bənzəyir. Nine Planet daxili Günəş Sistemində meydana gələ bilərdi və daha sonra Yupiterlə qarşılıqlı təsirlər nəticəsində qovuldu. Bununla birlikdə, Yupiter, çox güman ki, Plutondan çox kənarda Doqquz Planeti atacaqdı. Yoldan keçən ulduzlar, orbit yolunu Yupiterdən və daxili Günəş Sistemindəki digər planetlərdən uzaqlaşdıraraq qovulmuş planetin orbitini sabitləşdirmiş ola bilər.

"Sanki öz Günəş Sistemimiz üçün 4.6 milyard il geri gedən bir gənclik Günəş Sistemimiz dinamik olaraq aktiv olduqda və hər şey bir-birinə qarışaraq yenidən düzəldildikdə nə ola biləcəyini görmək üçün bir vaxt maşınımız var" deyə komandanın üzvü Paul Kalas izah etdi. California Universiteti, Berkeley.

Burada görünən HD106906b ekzoplanetini əhatə edən bölgə. Dünyadan təqribən 336 işıq ili məsafədə yerləşən bu 11 Yupiter kütləli planet, 336 işıq ili uzaqlıqdakı cüt bir ulduz ətrafında mümkün olmayan bir orbit tutur və evə daha yaxın ola biləcək bir şeyə ipuçları təklif edə bilər: fərziyyəli uzaq üzvümüz Günəş Sistemi "Doqquz Planet" adını aldı.
This view was created from images forming part of the Digitized Sky Survey 2. Credit: ESA/Hubble, Digitized Sky Survey 2.
Acknowledgement: Davide De Martin

To date, astronomers have only circumstantial evidence for the existence of Planet Nine. They’ve found a cluster of small celestial bodies beyond Neptune that move in unusual orbits compared to the rest of the Solar System. This configuration, some astronomers think, suggests that these objects were shepherded together by the gravitational pull of a huge, unseen planet. An alternative hypothesis is that there is not one giant perturber, but instead the imbalance is due to the combined gravitational influence of much smaller objects.

“Despite the lack of detection of Planet Nine to date, the orbit of the planet can be inferred based on its effect on the various objects in the outer Solar System,” explained team member Robert De Rosa of the European Southern Observatory in Santiago, Chile who led the study’s analysis. “This suggests that if a planet was indeed responsible for what we observe in the orbits of trans-Neptunian objects it should have an eccentric orbit inclined relative to the plane of the Solar System. This prediction of the orbit of Planet Nine is similar to what we are seeing with HD 106906b.”

Scientists using the upcoming NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope plan to get additional data on HD106906 b to better understand the planet’s system. Astronomers want to know where and how the planet formed and whether the planet has its own debris system around it, among other questions.

“There are still a lot of open questions about this system,” added De Rosa. “For example, we do not conclusively know where or how the planet formed. Although we have made the first measurement of orbital motion, there are still large uncertainties on the various orbital parameters. It is likely that both observers and theorists alike will be studying HD 106906 for years to come, unraveling the many mysteries of this remarkable planetary system.”

Reference: “First Detection of Orbital Motion for HD 106906 b: A Wide-separation Exoplanet on a Planet Nine–like Orbit” by Meiji M. Nguyen, Robert J. De Rosa and Paul Kalas, 10 December 2020, The Astronomical Journal.
DOI: 10.3847/1538-3881/abc012

Notes

[1] The data used in this study were taken as part the following Hubble Space Telescope observing programs GO-10330 (PI: Ford), GO-14670 (PI: Kalas), GO-14241 (PI: Apai) and GO-14241 (PI: Apai).

These results have been published in the Astronomical Journal.

More information

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between ESA and NASA.

The international team of astronomers in this study consists of M. Nguyen, R. De Rosa, and P. Kalas.


The planets that orbit a backward-spinning star

A planetary system appears to have been pulled out of line by a neighbouring star, causing the planets to orbit in the opposite direction of the star's spin.

This competition is now closed

Published: May 10, 2021 at 2:52 pm

O ur Solar System is nicely ordered. All the planets move around the Sun in more-or-less perfect circles, and all their orbits are aligned in the same plane – like marbles rolling around the same dinner plate.

This is known as the plane of the ecliptic, and it’s the reason why the Sun, the Moon and all the planets appear to move along the same narrow band in our skies – the zodiac.

The Sun’s own rotation is aligned in the same way (well, it has an axial tilt of just 7°) so that the solar equator lies along the plane of the ecliptic.

As a molecular cloud begins collapsing, the conservation of angular momentum ensures that newly-forming protostars become surrounded by a flattened disc of gas and dust that forms planets.

Read Lewis Dartnell’s guide to the Asteroid Belt or find out what happens when an exoplanet orbits two stars at once.

And so the orderly layout of our own Solar System was also the way that any other planetary systems were expected to be arranged.

But as we discovered more extrasolar planetary systems we realised how wrong this is: now we know of systems where the stellar equator and the planets’ orbital plane are misaligned.

Most of these distorted systems involve a singleton Hot Jupiter exoplanet. In these cases it’s thought that during the gas giant’s disruptive migration in towards its star, scattering other planets out of the system, the original orderly arrangement became distorted to leave a substantial tilt between the orbital plane and the plane of stellar rotation.

In theory, misalignments between the central star and the entire planetary disc also ought to be possible from the gravitational meddling of a wide-orbiting companion star, but no convincing examples of this had ever been found.

Until now, that is. Maria Hjorth and Simon Albrecht, both in the Department of Physics and Astronomy at Aarhus University, Denmark, have been looking for such systems – ones that became grossly misaligned before the planets had finished forming.

The clearest evidence would be a system of multiple planets all orbiting within the same plane (like the Solar System), but with a backward rotating star.

It’s hard to see how this arrangement could be achieved by scattering planets after they’d formed, and so surely would bear testimony to an unbalancing during its earliest eras.

Hjorth and Albrecht point to the K2-290 system as the first known example of such a major planetary realignment.

The K2-290 system consists of three stars: the primary is an F-class star about 20% more massive than the Sun, with an M-dwarf orbiting at around 113 AU, and another M-dwarf much further away at around 2,500 AU.

The primary star, K2-290 A, is tilted by 124° relative to the orbits of both of its known planets. And the inner M-dwarf companion star is believed to have been responsible for tilting the plane of the entire protoplanetary disc as it formed.

In our Solar System we have Venus as a planet that rotates in the opposite direction – believed to be due to a colossal primordial collision that tipped it right over.

The K2-290 A system presents us with a fascinating instance of the opposite: an entire planetary system tipped over relative to its star.

Prof Lewis Dartnell is an astrobiologist at the University of Westminster.Lewis was readingA backward-spinning star with two coplanar planets by Maria Hjorth, Simon Albrecht et al. Read it online at arxiv.org.

This article originally appeared in the May 2021 issue ofBBC Sky at Night Magazine.


Kuiper belt and Planet Nine

The Kuiper belt, which we started discovering in the early 1990s, is a region of the solar system beyond the major eight planets that we are are only just starting to explore in more detail with space probes like NASA’s New Horizons mission. The Kuiper belt is home to many comets formed in the Uranus-Neptune region 4.6 billion years ago – Rosetta’s comet 67P comes from here. Even more comets populate the spherical, but as yet unseen “Oort cloud”, another belt of rocks far beyond the Kuiper belt, where most comets spend most of their time. The Oort cloud is 10,000 astronomical units (AU) away from us (one AU is roughly equal to the distance between the Earth and the sun, or 149.6m kilometres).

The basis of the new theoretical evidence for the new planet is the strange alignment of the six Kuiper belt objects, and the deflection out of the ecliptic plane of others – this would seem to indicate that the objects are being disturbed by the gravitational pull of a huge planet far beyond Neptune and Pluto, and which has been calculated to have an orbit around the sun of 15,000 years. So how do we know it is a planet and not just a large object in the Kuiper belt? The implied mass of the object that could disturb these orbits is simply too high for it to be a very large Kuiper belt object like a dwarf planet or an asteroid.

Theoretically, it is possible to explain how an additional outer planet core could have formed further away and alongside Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune using models of the birth of our solar system 4.6 billion years ago. And observations of exoplanets show that, elsewhere, large objects can form at relatively large distances from their parent star. However, another possibility that could explain the odd behaviour of the Kuiper objects may be that “Planet Nine”, if it exists, could be a large object in the inner Oort cloud rather than a planet.

It may seem hard to believe that we could suddenly discover a new planet. Since ancient times, humans have been able to observe all of the planets out to Saturn and in the 1600s realised they were in orbit around the sun. William Herschel then discovered Uranus in 1781, and observations of its orbit led to the discovery of Neptune in 1846. Pluto was added in 1930, following a search for a larger “Planet X”, but was demoted to an ice dwarf planet in 2006. Many Kuiper belt objects have also been observed, with at least one of them, Eris, more massive than Pluto (which eventually forced the demotion of Pluto).


Orbital Motion: The Orbit of a Planet Moves a Little After Every Loop

All planets, except Mercury and Venus, and the Sun experience a distortion while they rotate. (Image: AlexLMX/Shutterstock)

Newton’s universal law of gravity, which he used to show that the orbit of planets should be elliptical, was based on the idea that he could ignore the shape and sizes of the stars and planets, and that the strength of gravity weakened as the square of the distance between the two objects, and those ideas are true to a large degree. But they’re not completely true.

Saturn Doesn’t Fit into Newton’s Law

Saturn is clearly not a point-like mass, nor is it spherical. Saturn is a big ball of gas that spins very quickly, its day is just 10 hours long, and it’s distorted. It is what we call an oblate spheroid, which means that the distance from North to South Pole differs from its distance across the equator.

We can see how that works by imagining how a flexible hoop distorts as it is spun faster and faster around an axis across its diameter. For Saturn, that means that the polar diameter is about 109 million meters, while the equatorial diameter is larger, about 120 million meters. It’s about a 10% difference.

This effect is biggest for Saturn, but all of the planets experience this effect except for Mercury and Venus, which rotate too slowly to distort. The Sun also experiences such an effect, although it is extremely tiny. However, since the Sun is the dominant thing in the solar system, we have to be careful about assuming its small distortion doesn’t matter.

Orbits in Motion

Why does this matter? It matters because it changes the shape of the gravitational field by a little bit. It turns out that the changes in the shape of the Sun and planets affect the shape of the gravitational field as well. It no longer falls off as one over the distance squared. In reality, it falls off as a mix of the distance squared, and the distance to the fourth power, and even the distance to the sixth power. Mathematically, we can write it with a more complicated equation for gravity with more terms.

In the equation, the one over distance squared behavior is still the most important. The others are just small corrections. But they are corrections that can’t be ignored, if we want to do precise measurements. And those corrections do a surprising thing. They have the net effect of spinning the long axis of the ellipse of a planet or a moon’s orbit. For those of you who played with a Spirograph as a kid or with your own kids, that’s kind of like what this effect does.

The orbit isn’t the simple ellipse, rather it is one that moves a little, loop after loop. This motion is called precession, and you may have heard about it when astronomers talk about the precession of the orbit of Mercury.

Earth, Moon, and the Spirograph Effect

Just how big are the changes in orbit for real planets and moons? Well, as you’d probably expect, it depends. That’s because the size of the effect depends on the distance raised to a power. If the distance is just one, well one over one square is just one, but so is one over one to the fourth power, and one over one to the sixth power. So, for that distance, the three terms all have about the same effect.

The Spirograph effect is quite pronounced in the case of the orbit of the Moon around the Earth. (Image: Johan Swanepoel/Shutterstock)

However, if we do the same exercise for a distance, let’s just call it r less than 1, and let’s use r equals 0.1 as an example, we see that 1 over r-squared is 100, 1 over r to the fourth is 10,000, and 1 over r to the sixth is a million. In the close realm, the new terms are a super big deal. In contrast, for r greater than 1, let’s use r equals 10 this time. We see that 1 over r-squared is 1 over 100 for r to the fourth, we get 1 over 10,000 and for r to the sixth, we get one over a million. So, for long distances, the terms from an oblate object are just super small and, well, don’t matter very much.

In the real case of our solar system, it turns out that the oblateness of the Sun is just not much of an effect. The planets are too far away to make a difference. But there are objects orbiting other objects with a much smaller distance. For example, the Moon orbits the Earth much more closely than the Earth orbits the Sun.

In the case of the orbit of the Moon around the Earth, the Spirograph effect is much bigger. The perigee of the Moon’s orbit is about 360 million meters from the center of the Earth, and its apogee is about 400 million meters. Perigee and apogee are like perihelion and aphelion, except for orbits that aren’t around the Sun because helios means Sun. Perigee and apogee are more generic terms that mean closest and furthest distance from the central body.

The pretty cool thing is that the ellipse that the Moon orbit walks completely around the Earth every 8.9 years. That’s simply an enormous effect. In that amount of time, the Moon orbits the Earth a little over 100 times. Since there are 360° in a circle, that means that in each orbit, the location of the perihelion of the Moon moves about 3.5°.

Other moons also experience this Spirographic action, but there are caveats. While the Martian moons Deimos and Phobos experience this sort of motion, the two moons’ orbits are nearly circular around the planet. Accordingly, it is difficult to see this effect in the system of the Martian moons.

This is a transcript from the video series Understanding the Misconceptions of Science. Watch it now, Wondrium.

The Orbit of Mercury Moves 15 Degrees Per Century

While the oblateness of the Sun doesn’t affect the orbit of the planets, there is another effect that causes deviations of their orbit from Kepler’s ellipses. The planet affected most is Mercury. Here the thing causing deviations is not the Sun, but rather the effect of all of the other planets.

Mercury is closest to the Sun, and the other planets are at greater distances. That means, on average, the other planets pull Mercury outwards. There are a lot of ways to approach this, but one way is to use the fact that the changes to the elliptical orbit of Mercury are very slow.

However, because that’s true, we don’t have to think of the outer planets as little objects sitting out far away from the Sun. Instead, we can think of them as objects that zoom around the Sun many times before Mercury’s orbit changes very much. So, mathematically at least, we can think of them as lines of mass the size of each planet’s orbit.

To help you understand what that means, let’s take the Earth as an example. The average radius of the Earth’s orbit is 93 million miles or about 150 million kilometers. The Earth’s mass is 6 times 10 to the 24 kilograms. So, from that, we can figure out the circumference of the Earth’s orbit. It’s 584 million miles or 940 million kilometers.

For purposes of this calculation we can then replace the Earth, which is a small single object with a mass of 6 times 10 to the 24 kilograms, with a loop with a radius of 150 million kilometers with the same mass. That’s a loop with a mass of about 7 trillion kilograms for every meter.

So, you do that with all of the planets, replacing them with loops where their mass is spread out all around their orbit. And when you do that, you can calculate their gravitational tug on Mercury compared to that of the Sun. It’s not much. The Sun pulls on Mercury just shy of two million times harder than the other planets do. But it’s enough to have a real effect on Mercury’s orbit.

The effect of the other planets on the orbit of Mercury causes the perihelion of Mercury’s ellipse to move by 531 arc seconds per century. You may not have an intuitive grip on what an arc second is. It turns out that it is a measure of angle. Of course, you know that a circle has 360°. Well each degree can be cut into 60 arc minutes and each arc minute can be split into 60 arc seconds. So each degree can be split into 3600 arc seconds, which means that 531 arc seconds is about 0.15°.

So, this means that the gravitational effect of the other planets makes the ellipse of the orbit of Mercury move 0.15° per century or about a degree every 700 years. That means it will take 250,000 years for the perihelion of Mercury to move all around the Sun and come back to where it started. So, this is a very small effect.

Common Questions about Orbital Motion

Orbital motion is caused by changes in the shape of the gravitational field, which has the net effect of spinning the long axis of the ellipse of a planet, creating a Spirograph effect and resulting in the orbit moving a little, loop after loop.

Orbital motion is a combination of the oblateness of planets – the distance from North to South Pole differs from its distance across the equator – changes to the shape of the gravitational field due to the oblateness, and the Spirograph effect that is caused.

Precession is the spinning of the long axis of the ellipse of a planet or a moon’s orbit, similar to how a Spirograph moves. It’s caused due to the changes in the shape of the gravitational field.

Yes, Mercury’s orbit is a bit more unusual than that of the other planets. It’s more clearly elliptical. Also, the gravitational pull of the other planets in the solar system, though still smaller than that of the Sun, does have an effect on Mercury. The gravitational effect of the other planets makes the ellipse of the orbit of Mercury move 0.15° per century or about a degree every 700 years.