Теоретический вопрос: причины смещения орбиты планеты.

[kettel]

Предположим, есть звёздная система с планетой, плоскость орбиты которой не пересекается со звездой.
Примерно так (вид "сбоку"):

-------------------------------о--------- плоскость орбиты планеты
                          О                        звезда

Чем может быть вызвано такое смещение орбиты?

В принципе, логично, что оно может быть вызвано гравитационным полем третьего тела.
Поскольку второго светила у планеты нет, то это или очень удалённая/тёмная звезда, или невидимое тело.
Насчёт первого я сомневаюсь может ли звезда оказывать ощутимое влияние на систему, при этом находясь так далеко/обладая такой светимостью, что она не сильно выделяется на ночном небе?
Во втором случае на ум приходит только чёрная дыра. Но даже если предположить, что такая система существует, возникает ряд вопросов. По идее, чёрная дыра должна постепенно перетягивать к себе вещество звезды. Очевидно, это скажется на продолжительности жизни звезды. А как это перетягивание повлияет на то, что будут видеть обитатели планеты в небе? А как повлияет само присутствие в системе чёрной дыры на процессы, происходящие на планете?

Вобщем прошу покритиковать мои измышления и поделиться своими if any.

[AstroNick]

Предположим, есть звёздная система с планетой, плоскость орбиты которой не пересекается со звездой.
Примерно так (вид "сбоку"):

-------------------------------о--------- плоскость орбиты планеты
                          О                        звезда

Чем может быть вызвано такое смещение орбиты?

Безграмотностью    Согласно законам Кеплера, плоскость орбиты спутника обязан проходить через центр масс системы. Иначе непонятно, какая сила удерживает планету на такой орбите, ведь усреднённая (проинтегрированная по всей орбите) сила притяжения планеты звездой будет постоянно направлена (на рисунке) вниз  Что уравновесит эту компоненту силы?

В принципе, логично, что оно может быть вызвано гравитационным полем третьего тела.

Наличие третьего тела такой орбиты не даст. Либо планета будет обращаться вокруг общего центра масс системы (если третье тело близко к звезде), либо её орбита подвергнется возмущениям и уже не будет плоскостью, но постоянно с одной стороны от звезды планета всё равно не будет маячить.

Во втором случае на ум приходит только чёрная дыра. Но даже если предположить, что такая система существует, возникает ряд вопросов. По идее, чёрная дыра должна постепенно перетягивать к себе вещество звезды. Очевидно, это скажется на продолжительности жизни звезды.

Не та уж очевидно. Если размеры системы достаточно велики, чёрная дыра будет перехватывать только небольшую долю звёздного ветра, а для немассивных и негорячих звёзд (например, типа Солнца) этот ветер относительно невелик, поэтому на продолжительность жизни звезды наличие рядом чёрной дыры практически не повлияет.

А как это перетягивание повлияет на то, что будут видеть обитатели планеты в небе? А как повлияет само присутствие в системе чёрной дыры на процессы, происходящие на планете?

С обитателями определённо будет напряжёнка - такой близкий взрыв сверхновой (после которого чёрная дыра образовалась) должен уничтожить любые проявления жизни на планете. Если же взрыва не было (одиночная чёрная дыра захватила звезду со спутником) и нет заметного потока вещества звезды на чёрную дыру, то влияние чёрной дыры на планету будет только одно - гравитационные возмущения орбиты планеты (ну и приливные деформации самой планеты).

[bob]

Безграмотностью   

...Или наличием невидимой массы сверху рисунка. Допустим, планета обращается  вокруг центра масс системы, один из компонентов которой невидим в телескоп.

[bob]

Наличие третьего тела такой орбиты не даст. Либо планета будет обращаться вокруг общего центра масс системы (если третье тело близко к звезде), либо её орбита подвергнется возмущениям и уже не будет плоскостью, но постоянно с одной стороны от звезды планета всё равно не будет маячить.

На время может дать, если период обращения звезды и невидимой массы намного больше периода обращения планеты.

(Сверхмассивная ЧД, например. И далеко.)

[bob]

Скажем, представьте себе планетную систему вблизи галактического центра, расположенную в касательной плоскости к нему . Она будет заметно смахивать на вогнутое блюдце, а не на диск, причём это может быть довольно стабильно. То есть, кривизна внешего поля гравитации должна быть очень плавной и масштабной для такой картины.

[bob]

А как повлияет само присутствие в системе чёрной дыры на процессы, происходящие на планете?

Смотря, насколько близко. Если достаточно далеко, то, естественно, никак. В массивных штуках всегда что-то происходит и лучше быть от этого что-та подальше. Ну как мы, например.

[AstroNick]

Безграмотностью   

...Или наличием невидимой массы сверху рисунка. Допустим, планета обращается  вокруг центра масс системы, один из компонентов которой невидим в телескоп.

Но только на какое-то время, меньшее полупериода обращения звезды и невидимой массы. А по всему периоду плоскость орбиты планеты будет смещаться относительно видимой звезды вверх-вниз.

[bob]

Но только на какое-то время, меньшее полупериода обращения звезды и невидимой массы. А по всему периоду плоскость орбиты планеты будет смещаться относительно видимой звезды вверх-вниз.

Если невидимый компаньон внутри орбиты планеты, то да. То есть мы отсюда увидим, скорее, качание звезды, чем планеты. У астрономов же такой планеты крышу сорвёт от наблюдаемой картины. Истинные законы Ньютона и Кеплера для изолированной системы они изобретут не скоро

[Ernest]

...Или наличием невидимой массы сверху рисунка.

Только эта масса как и центральная звезда очевидно прибиты к хрустальной тверди нефритовыми гвоздями? Если нет, то орбита планеты относительно центрального светила будет испытывать весьма нерегулярные возмущения в их совместном обращении вокруг "третьего тела". И выделить такую аккуратную плоскость орбиты, как на исходном рисунке будет невозможно (разве что как апроксимацию моментальной комбинации скорости и ускорения).

представьте себе планетную систему вблизи галактического центра

Ну, если размер орбиты сравним с расстоянием до галактического центра (любой другой сверхмассы), то о какой стабильной орбите может идти речь?

[bob]

Ну, если размер орбиты сравним с расстоянием до галактического центра (любой другой сверхмассы), то о какой стабильной орбите может идти речь?

Если несоизмерим. Если соизмерим, то нет речи. Точнее, вопрос в силе эффекта (будет ли он заметен).

[Ernest]

Если несоизмерим. Если соизмерим, то нет речи. Точнее, вопрос в силе эффекта (будет ли он заметен).

Думаю, не будет - будет вращение планеты вокруг центрального светила в их совместном вращении вокруг галактического центра. Понятно, что будут искажения орбиты (дреф узлов), типа как у Луны в ее вращении вокруг Земли из-за влияния Солнца.

[bob]

Думаю, не будет - будет вращение планеты вокруг центрального светила в их совместном вращении вокруг галактического центра. Понятно, что будут искажения орбиты (дреф узлов), типа как у Луны в ее вращении вокруг Земли из-за влияния Солнца.

Только удалённая сфера, расположенная вокруг, не будет гравитировать. Любое нарушение сферической симметрии уже приводит к изменению траектории. Вообще, задача очень сложна для качественной прикидки. Здесь бы промоделировать ограниченную задачу трёх тел. Причём, в объёме, а не в плоскости, как её обычно рисуют. Жуткая вещь. Но интуиция всё-таки подсказывает, что будет отклонение. То есть, система связанных движущихся инерциально тел будет стремиться выстроиться по эквипотенциальной поверхности относительно бОльшего тела.

[bob]

То есть, если просто выстрелить серию маломассивных тел по касательной к эквипотенциальной поверхности большего, они в полёте образуют гиперболу. Это очевидно. Если они ещё и обращаются относительно друг друга в касательной плоскости, в высшей точке траектории из них должен образоваться гиперболоид. Доказать не имею возможности.
Кстати, методом конечных сфер и радиусов, как общепринятой имитацией задачи многих тел, применяемым в программировании астрономических задач, эта задача в общем виде неразрешима. Там как раз предполагается, что вблизи маломассивного локального центра пробное тело движется независимо от внешних удалённых источников поля. Здесь же как раз случай, когда такое приближение неприменимо.

P.S. Понимаю, Эрнест, что моя точка зрения противоречит основным принципам астрометрии. И любая существующая программа, в которую мы заложим начальные условия, выдаст всё так, как ты говоришь. Но всё-таки настаиваю.

[kettel]

Спасибо за критику и идеи.

Насколько я понял, наиболее правдоподобный вариант (который предложил AstroNick) - это вращение планеты вокруг пары "чёрная дыра - звезда".

                          O                        ЧД
-------------------------------о--------- плоскость орбиты планеты
                          О                        звезда

[Ernest]

Напротив, это самый неправдоподобный из вариантов.
Ну разве что предположить, что  "чёрная дыра - звезда" нанизаны на нефритовый стержень, который в свою очередь намерво заделан в панцирь гигантской черепахи. 

[bob]

Почему? Ну что-то вроде вот этих вариантов. Хотя, конечно, вероятность подобного в реальности невелика.

[Ernest]

"Потомучто", если расмотреть все множество точек, где относительно центральной звезды оказывается планета, в обоих проиллюстрированных Вами случаях, получится, что орбита планеты имеет сложную форму типа поверхности цилиндра вполне симметричного (вверх/вниз) относительно звезды. Не получается плоской орбиты со звездой вне ее плоскости.

Это уже не говоря о изображенном Вами случае - когда плоскость орбиты планеты (пусть даже временно) смещена в сторону ЧД относительно звезды. Этого не может быть - просто подумайте... ну почему-же планета притягивается к ЧД больше, чем звезда? Масса-то у звезды больше 
А если в серьез, то на нижнем рисунке центр масс системы звезда/планета обращается вокруг ЧД, ну и вращаются вокруг его, в первом приближении просто не замечая ЧД. Во втором приближении плоскость орбиты планеты будет, конечно, претерпевать возмущения, но звезда будет продолжать лежать в этой плоскости.

[bob]

"Потомучто", если расмотреть все множество точек, где относительно центральной звезды оказывается планета, в обоих проиллюстрированных Вами случаях, получится, что орбита планеты имеет сложную форму типа поверхности цилиндра вполне симметричного (вверх/вниз) относительно звезды. Не получается плоской орбиты со звездой вне ее плоскости.

Картинка для наглядности утрирована. Представим себе верхний случай с большой полуосью звезда-ЧД 0,1 а.е. И полуосью для планеты 900 а.е., как у Седны, - вполне идёт. На таком расстоянии центральную часть планетной системы можно практически считать точечным объектом. А быстрое смещение звезды относительно эклиптики будет. Нижний вариант тоже представим: полуось планеты, относительно звезды, возьмём 0,1 а.е. Полуось для звезды, относительно ЧД, скажем, 50 а.е. Орбитальный период вокруг ЧД будет порядка 400 лет, и планетная система может зависать в виде чуть вогнутого эллипсоида на десятилетия.

[bob]

Ну и самый простой вариант, вполне возможный в старых системах. Масса ЧД на порядки больше остальных компонентов.

[bob]

ну почему-же планета притягивается к ЧД больше, чем звезда? Масса-то у звезды больше 
А если в серьез, то на нижнем рисунке центр масс системы звезда/планета обращается вокруг ЧД, ну и вращаются вокруг его, в первом приближении просто не замечая ЧД. Во втором приближении плоскость орбиты планеты будет, конечно, претерпевать возмущения, но звезда будет продолжать лежать в этой плоскости.

Одинаково  они притягиваются. А по поводу второй части - вопрос дискуссионный. я же говорю, что поток пробных тел в инерциальном полёте около массивного гравитирующего тела выстраивается вдоль траектории отклонения. Орбитальное обращение - тоже вид инерциального полёта. По-идее должны выстроиться. Кроме того в самой постановке задачи скрыто приближение. Орбита малого тела в присутствии крупных никогда не идеальна и всегда образует сложную картину биения. Так что плоскость эклиптики - вообще весьма условная вещь.