Astronomie

Ändern sich die Umlaufbahnen der Planeten? Wo sind die Daten dazu?

Ändern sich die Umlaufbahnen der Planeten? Wo sind die Daten dazu?


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Alles im Raum bewegt sich ständig.

Ändert sich die Umlaufbahn der großen Planeten des Sonnensystems, Merkur bis Saturn? Genauso wie sich die Umlaufbahn des Mondes um die Erde ändert. Wie oft, wie klein oder groß ist die Veränderung? Wo finde ich Daten dazu?


Ändern sich die Umlaufbahnen der Planeten? Wo sind die Daten dazu? - Astronomie

Ich bin Gymnasiast und mache einen Extended Essay über Astronomie und würde gerne nach Bahnen fragen.

Wenn sich ein extrasolarer Planet unserem Sonnensystem nähert (und vielleicht durchquert), sollte der Einfluss der Gravitation die Bahnen der Planeten in unserem Sonnensystem verzerren? Ich suche auch nach astronomischen Daten zu den Bahnmustern / Positionen / etc. über einen Zeitraum, aber es scheint, dass alle Tabellen, die ich gesehen habe, nur die aktuellste Version dieser Daten enthalten.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! :razz:

Ich bin Gymnasiast und mache einen Extended Essay über Astronomie und würde gerne nach Bahnen fragen.

Wenn sich ein extrasolarer Planet unserem Sonnensystem nähert (und vielleicht durchquert), sollte der Einfluss der Gravitation die Bahnen der Planeten in unserem Sonnensystem verzerren? Ich suche auch nach astronomischen Daten zu den Bahnmustern / Positionen / etc. über einen Zeitraum, aber es scheint, dass alle Tabellen, die ich gesehen habe, nur die aktuellste Version dieser Daten enthalten.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! :razz:Willkommen, Xnicole. Die uns bekannten extrasolaren Planeten kreisen sicher um andere Sterne. Aber wenn es einen "losen" Planeten gäbe, der ungebunden durch den Weltraum wanderte und das Sonnensystem durchquerte, dann würde er tatsächlich die Bahnen der Planeten der Sonne verändern. Das Ausmaß der Modifikation würde von der Masse des Eindringlings abhängen und davon, wie nahe er sich einem bestimmten Planeten nähert: Es könnte sich um eine geringfügige Änderung der Form, Größe oder Ausrichtung der Umlaufbahn handeln, die nur Astronomen feststellen könnten, eine Störung, die einen Planeten auslösen würde eine Umlaufbahn, die die anderen kreuzte, was zu weiteren Bahnunterbrechungen oder sogar zu einem Austausch des Eindringlings gegen einen der Sonnenplaneten führte, so dass der Eindringling in eine Umlaufbahn um die Sonne gelangte und einer der Sonnenplaneten ausgestoßen wurde.

Ich bin mir nicht sicher, was Sie an "orbitalen Mustern / Positionen / usw. über einen bestimmten Zeitraum" möchten. Wollen Sie nur die Positionen der Planeten zu Daten in Vergangenheit und Zukunft betrachten oder suchen Sie genauere Informationen über die Variabilität von Neigung, Knoten und Perihel mit der Zeit? Ich bin sicher, wir können Sie so oder so auf etwas Passendes hinweisen.

Ich suche auch nach astronomischen Daten zu den Bahnmustern / Positionen / etc. über einen Zeitraum, aber es scheint, dass alle Tabellen, die ich gesehen habe, nur die aktuellste Version dieser Daten enthalten.


Wenn Sie "über einen bestimmten Zeitraum" sagen, was genau meinen Sie damit? Sie suchen nach historischen Daten zu Beobachtungen von Planeten? Oder möchten Sie wissen, ob sich diese über einen längeren Zeitraum verändert haben? Wie weit denkst du zurück? Mehrere Jahre oder Jahrzehnte oder Jahrhunderte?

Auf den zweiten Blick wäre es vielleicht gut, wenn du etwas genauer sagen könntest, worüber du schreibst. Versuchen Sie, ein Warnsystem zur Erkennung von Schurkenplaneten in Betracht zu ziehen, oder denken Sie an etwas Historisches?

Die Positionen der Planetenbahnen haben sich im letzten Jahrhundert wahrscheinlich nur ein oder zwei Meilen geändert, mit Ausnahme von Änderungen, die wir irgendwie erwartet hatten. Unsere Bestimmung der Körpergravitation vieler ist immer noch nicht genau. Die Daten waren weiter hinten weniger genau. Ich nehme an, dass sogar ein Pluto-Massenobjekt, das das innere Sonnensystem schnell durchquert, jetzt aufgrund von Bahnänderungen eines oder mehrerer innerer Planeten nachweisbar wäre, aber das würde keine große Warnung liefern. Wenn wir tausend Körper finden, die wir im Kuiper-Gürtel und in der Oort-Wolke verfolgen können, können uns winzige Veränderungen dieser Umlaufbahnen wahrscheinlich frühzeitig vor Objekten warnen, die in unser äußeres Sonnensystem eindringen werden. Neil

Planeten ändern ihre Umlaufbahn auch in Abwesenheit eines Exoplaneten. Venus und Merkur zeigen eine zeitliche Verschiebung ihres Perihels. Dies ist eine der einzigartigen Vorhersagen von GR, die vollständig experimentell bestätigt wurde.

Die GR-Komponente ist nur ein kleiner Bruchteil der Orbitalvariation. Die Planeten stören sich ständig gegenseitig in ihren Umlaufbahnen, aber die Variationen sind langsam und erfordern eine lange Zeit präziser, sorgfältiger Beobachtung, um eine korrekte Bewertung zu erhalten. Das führt mich zu der begründeten Vermutung, dass ein Pluto-großer Eindringling, der sich nur wenige Wochen oder Monate in der Nähe der inneren Planeten befindet, keine schnelle, aufmerksamkeitsstarke Veränderung bewirken würde, es sei denn, er passiert extrem nahe an einem der Planeten . Wenn es so nah ist, sollten wir es sehen, bevor wir eine Gravitationssignatur entdecken.

Die Bewegungen der äußeren Planeten sind noch langsamer. Es dauerte mehrere Jahrzehnte, Uranus zu beobachten, bevor eine Vorhersage der Position von Neptun abgeleitet werden konnte. Ich würde nicht erwarten, dass ein kleiner Schurkenplanet irgendeine nachweisbare Störung verursacht, bevor er direkt gesehen wird.

Wenn der hypothetische Eindringling ein Schwarzes Loch mit mehreren Sonnenmassen ist, wäre das etwas ganz anderes.

Wenn ich den ursprünglichen Beitrag etwas genauer lese, frage ich mich, ob Xnicole möglicherweise nach historischen Beweisen für Veränderungen in den Bahnen unseres Sonnensystems sucht, die darauf hindeuten, dass ein extrasolarer Planet in historischen Zeiten durchgegangen ist? Ich denke, ich kann mit Sicherheit sagen, dass es keine solchen Beweise gibt.

Tatsächlich sind die Umlaufbahnen der Planeten in unserem Sonnensystem so regelmäßig, zumindest im Vergleich zu den Umlaufbahnen von Planeten, die in anderen Planetensystemen entdeckt wurden, dass ich mich frage, ob in unserem System zumindest seit dem späten schweren Bombardement kein signifikantes Störungsereignis stattgefunden hat , vor 3,8 Milliarden Jahren.

Hallo allerseits!! Danke für alle Antworten :D!

Entschuldigung für meinen vagen Beitrag, weil ich noch neu in Orbits und so bin, also kenne ich die Terminologie und Konzepte nicht. (Ich habe einige von ihnen nachgeschlagen!)

Um die Dinge aufzuklären, überlege ich mir ein Szenario, in dem sich ein extrasolarer Planet unserem Sonnensystem nähert, außer es durch ein Teleskop zu entdecken, Dalala, ich frage mich, ob die Analyse der Umlaufbahnen der Planeten in unserem Sonnensystem Hinweise geben wird ob sich dieser Planet tatsächlich nähert oder nicht. (Ehrlich gesagt versuche ich, die Ankunft von Nibiru/Planet X in unserem Sonnensystem zu beweisen oder zu widerlegen.)

Also ja, wie Grant Hutchinson sagte, ich hoffe, auf Daten zu den Änderungen der "Form, Größe oder Ausrichtung der Umlaufbahn" von Planeten in unserem Sonnensystem zugreifen zu können.

Ich frage mich, ob die Analyse der Umlaufbahnen der Planeten in unserem Sonnensystem Hinweise darauf geben wird, ob sich dieser Planet tatsächlich nähert oder nicht.

Iorio, L.:
Einschränkungen auf Planet X/Nemesis durch die innere Dynamik des Sonnensystems
Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society, Band 400, Ausgabe 1, S. 346-353.
Zusammenfassung: (http://adsabs.harvard.edu/abs/2009MNRAS.400..346I)
„Wir verwenden die Korrekturen der standardmäßigen Newtonschen/Einsteinschen Perihel-Präzessionen der inneren Planeten des Sonnensystems, die kürzlich von E.V. Pitjeva durch Anpassen eines riesigen Planetendatensatzes mit den dynamischen Modellen der EPM-Ephemeriden, um die Position eines mutmaßlichen, noch unentdeckten großen Körpers X der Masse MX, der nicht in der EPM-Software modelliert wurde, einzuschränken.[. ] Ein Körper von der Größe des Mars kann bei mindestens 70-85 AE gefunden werden: solche Grenzen sind 147-175 AE, 1006-1200 AE, 4334-5170 AE, 8113-9524 AE und 10222-12000 AE für einen Körper mit a Masse gleich der von Erde, Jupiter, einem Braunen Zwerg, Roten Zwerg bzw. der Sonne."


Iorio, Lorenzo:
Die Perihel-Präzession von Saturn, Planet X/Nemesis und MOND
Das offene Astronomie-Journal, vol. 3, S. 1-6. 2010
Zusammenfassung: (http://adsabs.harvard.edu/abs/2010OAJ. 3. 1I)
„Wir zeigen, dass die retrograde Perihelpräzession von Saturn [. ] kann durch einen lokalisierten, entfernten Körper X erklärt werden, der noch nicht direkt entdeckt wurde. [. ]
Wir finden für Gesteins-Eis-Planeten von der Größe des Mars und der Erde, dass sie bei etwa 80-150 au liegen, während ein gasförmiger Riese von der Größe eines Jupiters bei etwa 1 kau liegt. Ein typischer Brauner Zwerg würde sich bei etwa 4 kau befinden, während ein Objekt mit der Masse der Sonne bei etwa 10 kau liegen würde, sodass es sich nicht um Nemesis handeln könnte, für die eine Sonnenmasse und ein heliozentrischer Abstand von etwa 88 kau vorhergesagt werden ."


Iorio, Lorenzo:
Ist es plausibel, in den nächsten Jahren eine enge Begegnung der Erde mit einem noch unentdeckten astronomischen Objekt zu erwarten?
eprint arXiv:1009.1374
Zusammenfassung: (http://adsabs.harvard.edu/abs/2010arXiv1009.1374I)
„Wir untersuchen analytisch und numerisch die Möglichkeit, dass ein noch unentdeckter Körper X, der sich auf einer ungebundenen hyperbolischen Bahn von außerhalb des Sonnensystems bewegt, in den nächsten Jahren in sein Inneres eindringen und eine Bedrohung für die Erde darstellen könnte. [. ]"


Wenn also etwas da draußen ist, muss es weit weg sein.

Ich bin Gymnasiast und mache einen Extended Essay über Astronomie und würde gerne nach Bahnen fragen.


Willkommen und viel Glück mit, was ich annehme, ist Ihr erweiterter IB-Aufsatz.

Wenn sich ein extrasolarer Planet unserem Sonnensystem nähert (und vielleicht durchquert), sollte der Einfluss der Gravitation die Bahnen der Planeten in unserem Sonnensystem verzerren? Ich suche auch nach astronomischen Daten zu den Bahnmustern / Positionen / usw. über einen Zeitraum, aber es scheint, dass alle Tabellen, die ich gesehen habe, nur die aktuellste Version dieser Daten enthalten.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! :razz:

Ich bin mir nicht sicher, wonach Sie hier fragen. Wenn Sie fragen, wie sich dieser extrasolare Planet auf die Umlaufbahnen verschiedener Planeten auswirken würde, dann würde dies von der Masse des Planeten und seinem Weg in das und wahrscheinlich aus dem Sonnensystem abhängen. Es gibt wirklich eine ganze Reihe von möglichen Ergebnissen, abhängig von den Ausgangsbedingungen.

Wenn Sie tatsächlich nach Orbitaldaten für die Erde vor 3 Milliarden Jahren im Vergleich zu heute suchen, bin ich mir nicht sicher, wo Sie solche Daten erhalten könnten, wenn sie überhaupt verfügbar sind, da wir bestenfalls die tatsächlich vorgenommenen Änderungen theoretisieren und Ich bin mir nicht sicher, wie unterschiedlich die Umlaufbahnen tatsächlich sein würden.

Hallo allerseits!! Danke für alle Antworten :D!

Entschuldigung für meinen vagen Beitrag, weil ich noch neu in Orbits und so bin, also kenne ich die Terminologie und Konzepte nicht. (Ich habe einige von ihnen nachgeschlagen!)

Um die Dinge aufzuklären, überlege ich mir ein Szenario, in dem sich ein extrasolarer Planet unserem Sonnensystem nähert, außer es durch ein Teleskop zu entdecken, Dalala, ich frage mich, ob die Analyse der Umlaufbahnen der Planeten in unserem Sonnensystem Hinweise geben wird ob sich dieser Planet tatsächlich nähert oder nicht. (Ehrlich gesagt versuche ich, die Ankunft von Nibiru/Planet X in unserem Sonnensystem zu beweisen oder zu widerlegen.)

Also ja, wie Grant Hutchinson sagte, ich hoffe, auf Daten zu den Änderungen der "Form, Größe oder Ausrichtung der Umlaufbahn" von Planeten in unserem Sonnensystem zugreifen zu können.

AH! Viel Glück mit deinem Papier. Ich denke, der Nibiru-Wiki-Eintrag drückt diese Aussage am besten aus.

In einem Interview mit dem Discovery Channel 2009 stellte Mike Brown fest, dass es zwar nicht unmöglich ist, dass die Sonne einen entfernten Planetenbegleiter hat, ein solches Objekt jedoch sehr weit von den beobachteten Regionen des Sonnensystems entfernt liegen müsste, um keine Gravitation zu haben Wirkung auf die anderen Planeten. Ein Objekt von der Größe des Mars könnte unentdeckt in der 10-fachen Entfernung von Neptun liegen, ein Objekt von der Größe eines Jupiters in der 1000-fachen Entfernung von Neptun. Um in 2 Jahren 1000 AE (30-fache Entfernung von Neptun) zurückzulegen, müsste sich ein Objekt mit 2400 km/s oder schneller als die galaktische Fluchtgeschwindigkeit bewegen. Bei dieser Geschwindigkeit würde jedes Objekt aus dem Sonnensystem und dann aus der Milchstraße in den intergalaktischen Raum geschossen.[39]
^ Ian O'Neil (2009). "Wo verstecken Sie Planet X, Dr. Brown?" Discpvery-News. Abgerufen 2010-07-17.


Entstehung des Sonnensystems

Die Position eines Planeten in diesem Moment könnte den Ort täuschen, an dem er sich derzeit befindet, möglicherweise nicht dort, wo er immer war oder wo er enden wird. Planetary Migration ist die Bewegung von Planeten in einem Sonnensystem. Es gibt viele verschiedene Theorien und Hypothesen darüber, wie unser Sonnensystem entstanden ist, obwohl die planetarische Migration eine der am weitesten verbreiteten Wissenschaftler ist. Es gibt viele verschiedene Arten von Migration, die helfen, die verschiedenen Arten zu erklären, auf die diese Bewegung beschrieben wird. Das Nizza-Modell ist derzeit das beste Verständnis dafür, wie sich die Planeten im Laufe der Zeit bewegt haben. Dieses Modell wurde 2005 von einer internationalen Kollaboration von Wissenschaftlern vorgeschlagen und wird verwendet, um die Entwicklung des Sonnensystems zu erklären. [12] Das Modell von Nizza legt nahe, dass “am inneren Rand der eisigen Scheibe, etwa 35 AE von der Sonne entfernt, der äußerste Planet begann, mit eisigen Planetesimalen zu interagieren, was die zweite Art der Migration beeinflusste: die Gravitationsstreuung.” [12] Planetare Migration ist ein sehr großes Thema mit vielen Unterthemen. Wir haben uns mit den Haupt- und Unterthemen intensiv beschäftigt und werden sie im Folgenden erläutern.

Nebelhypothese und die Sonne

Abbildung 2: http://www.whillyard.com/science-pages/our-solar-system/images/solar-system-formation.jpg

Es gibt viele Hypothesen und Modelle, die heute über die Entstehung des Sonnensystems existieren. Im Mittelpunkt steht das beliebteste und akzeptierteste Modell, die sogenannte Nebelhypothese. Es wurde erstmals im 18. Jahrhundert entwickelt und im Laufe der Jahre verändert und verfeinert. Das Konzept beginnt mit der Erklärung, dass das Sonnensystem aus dem Gravitationskollaps eines Fragments einer riesigen molekularen Wolke aus Gas und Staub entstand, die als Nebel bezeichnet wird. [1] Dieser Kollaps löste ein rotierendes Momentum aus, und als es kondensierte, kollidierten schnellere Atome häufiger und erzeugten Wärme und erzeugten einen Protostern.[2] Über Millionen von Jahren wurden Druck und Hitze im Stern so hoch, dass Wasserstoff darin zu fusionieren begann, was dazu führte, dass der Stern in die „Hauptsequenz“ oder die Hauptphase seines Lebens eintrat, in der er sich noch heute befindet.[1]

Planetare Schöpfung

Es wird angenommen, dass die heute existierenden Planeten als kleine Staubkörner entstanden sind, die vom Nebelkollaps übrig geblieben sind, der den Protostern umkreiste. Diese Staubkörner würden zusammenstoßen und sich bilden, immer größer werden und im Laufe von Millionen von Jahren nur Zentimeter pro Jahr wachsen.[3] Das innere Sonnensystem war zu warm, um Moleküle wie Wasser und Methan zu kondensieren, sodass sich Planeten wie Erde, Merkur, Venus und Mars nur aus Metallverbindungen bilden konnten, die im Universum recht selten sind und ihre mögliche Größe einschränkten. Diese metallenen/felsigen Klumpen würden zu terrestrischen Planeten werden. Die Planeten, die sich weiter draußen bildeten, wo es möglich war, dass reichlich eisige Verbindungen gefroren blieben, wurden massiv. Riesenplaneten wie Neptun, Uranus, Saturn und Jupiter.[4] Der Beweis für diese Schlussfolgerungen kann durch die Beobachtung unseres Sonnensystems gefunden werden, erstens: „Alle Planeten umkreisen die Sonne in dieselbe Richtung. Die meisten ihrer Monde kreisen auch in diese Richtung… (und die Sonne) drehen sich in die gleiche Richtung. Dies wäre zu erwarten, wenn sie sich alle aus einer Trümmerscheibe um die Proto-Sonne bilden würden.“[5] und zweitens „Die Planeten haben auch die richtigen Eigenschaften, um sich aus einer hauptsächlich aus Wasserstoff bestehenden Scheibe um eine junge, heiße Sonne gebildet zu haben. Diese Planeten in der Nähe der Sonne enthalten sehr wenig Wasserstoff, da die Scheibe bei ihrer Entstehung zu heiß gewesen wäre, um sie zu kondensieren. Planeten weiter draußen bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff (da dies hauptsächlich in der Scheibe war) und sind viel massereicher, weil es so viel mehr Material gab, aus dem sie hergestellt werden konnten.“[5] Durch die weitere Beobachtung der Planeten und Materialien in unserem eigenen und anderen Sonnensystemen können wir besser verstehen, wie sie entstehen.

Drei Arten planetarer Migration

Abb. 4: https://www.google.ca/search?q=planets+formation&source=Inms&tbm=isch&sa=X&ved=OahUKEwjhqYvKwl3aAhUFy2MKHdn4Du4Q_AUICigB&biw=686&bih=738#imdMym=c-z8

Wie bereits erwähnt, ist planetare Migration „die Abnahme oder Zunahme des Umlaufradius eines Planeten, der in eine protoplanetare Scheibe eingebettet ist, aufgrund von Wechselwirkungen mit dem umgebenden Gas und/oder festen Material“. [11] Planetare Migration tritt bekanntermaßen auf, wenn sich der Bahnimpuls ändert, beispielsweise wenn ein Planet seinen Bahndrehimpuls verliert oder gewinnt. Dies kann entweder durch Reibung oder durch ein „Ungleichgewicht der Impulsübertragung“ [11] zwischen Planeten- und Scheibenmaterial verursacht werden.

Die erste Art der Planetenwanderung beschreibt einen Prozess, bei dem eine Planetenscheibe einen Planeten an eine neue Position zieht oder schiebt. Dieser Typ tritt auf, wenn ein Planet „zu klein ist, um eine Lücke in der protoplanetaren Scheibe zu schließen“. [12] Die zweite Art der Wanderung tritt als Folge von Gravitationswechselwirkungen zwischen benachbarten Planeten oder Körpern auf. Typ zwei tritt nur auf, wenn ein großes Objekt in der Lage ist, ein kleineres zu zerschmettern und eine gleiche Kraft zu erzeugen, die auf sich selbst zurückprallt und somit zu einer planetarischen Bewegung führt.
Die dritte Art der planetaren Wanderung ist ebenfalls auf einen Gravitationseffekt zurückzuführen, der als Gezeitenkräfte bezeichnet wird. Dieser Typ tritt nur zwischen Planet und Stern auf und führt fast immer zu mehr kreisförmigen Bahnen. Die dritte Art der planetaren Wanderung findet über einen langen Zeitraum von Milliarden von Jahren statt, da sie „durch Gezeitenwechselwirkungen zwischen verschiedenen Himmelskörpern auftritt“. [12] Diese Art der planetaren Migration wirkt über einen viel längeren Zeitraum als alle anderen Arten.
Es wird angenommen, dass die planetarische Migration für die Position riesiger extrasolarer Planeten verantwortlich ist, die entdeckt wurden, „die mit sehr kleinen Bahnradien umkreisen“ [12] und tatsächlich eine wichtige Rolle bei der Entwicklung protoplanetarer Körper spielen könnten. Es wird auch angenommen, dass es die Architektur des Sonnensystems beeinflusst hat.

Ergebnisse der planetaren Migration

Abb. 5: http://wwwcdn.skyandtelescope.com/wp-content/uploads/PlanetFormation-600px.jpg

Die planetarische Migration ist für viele Phänomene verantwortlich, die wir an unserem Nachthimmel beobachten. Es kann dem Großteil dessen zugeschrieben werden, was wir in der Astronomie studieren, einschließlich der Entstehung von Planeten und den elliptischen Bahnen unserer Planeten. Das Sonnensystem befindet sich in ständiger Transformation, was eine direkte Ursache für die planetarische Migration ist. Die Bildung von Planetenkernen ist einzigartig für die planetarische Migration. Die Trümmer in den Scheiben sind das, was sich schließlich für den Kern eines sich entwickelnden Planeten ansammelt. Der Kern bewegt sich dann in der Scheibe nach innen oder außen und dies propagiert anschließend das, woraus der Planet normalerweise bestehen wird einer harten felsigen Außenkruste oder auch von gasförmigen Stoffen umhüllt.

Kernakkretion ist die erste Theorie über die Entstehung von Planeten, scheint aber keine ausreichende Erklärung für die Entwicklung der Gasriesen zu sein, obwohl sie für die Entstehung terrestrischer Planeten überzeugend genug erscheint. Scheibeninstabilität ist eine relativ neue Entdeckung, die erklärt, was Kernakkretion nicht in Bezug auf eine allgemeine Erklärung dafür ist, wie die Planeten entstanden sind, und eine Erklärung dafür liefert, warum es Jupiterplaneten und terrestrische Planeten gibt. Das Kernakkretionsmodell besagt, dass zuerst die Gesteinskerne der Planeten gebildet wurden und dann die leichteren Elemente gesammelt wurden, um die äußeren Schichten des Planeten zu bilden, was eine Erklärung für die terrestrischen Planeten ist. [9] Um die Theorie der Kernakkretion zu untermauern, gab die Beobachtung eines solchen Exoplaneten der Theorie Glaubwürdigkeit. Ein riesiger Planet, der eine sternähnliche Sonne namens HD 149026 umkreist, wurde beobachtet und bestätigt. Die Kernakkretion sieht vor, dass ein Kern eine kritische Masse akkumulieren muss, bevor er Gas ansammeln kann, was der dritten Art der gasgetriebenen Migration Rechnung trägt, die einen Wirbel von Winden verwendet, um Gase anzusammeln.[9] Es ist wichtig zu beachten, dass der Kern von der planetesimalen Akkretion abhängig ist, d. h. der Ansammlung von planetesimalen Trümmern, um die Masse des Kerns zu vergrößern. Für die Gasriesen scheint dies [G3] [G4] [G5] unzeitgemäß zu sein, dass der Gasring, der die Sonne umkreist, nur 4-5 Millionen Jahre dauern wird. Es wird entweder von den Planeten gesammelt oder es verdunstet einfach.

Die Disk-Instabilitätstheorie besagt, dass sich Klumpen im Laufe der Zeit zu einem Planeten verdichten. Diese Planeten können sich so schnell wie tausend Jahre bilden und die verschwindenden Gase im Inneren einfangen. Es wird auch vermutet, dass sich diese Massen schnell selbst stabilisieren, damit sie nicht um die Sonne kreisen. Da die leichteren Materialien im Inneren eingeschlossen sind, sinken die schwereren und dichteren Materialien schließlich zum Kern. Die planetarische Wanderung ist natürlich nicht nur für die Entstehung der Planeten verantwortlich, sondern auch für das eventuelle heute beobachtete Bahnmuster und alle Veränderungen, die im Laufe der Zeit eingetreten sind. [7] Planetare Migration interagiert mit Scheiben, die entweder aus Gas oder Planetesimalen bestehen, was typischerweise zu einer Änderung der Bahnparameter führt. Die Grand-Tack-Hypothese kann dies konzeptualisieren, indem sie darauf hindeutet, dass Jupiter, als sich Jupiter bei 3,5 AE (Astronomische Einheiten) von der Sonne bildete (AU ist das Maß dafür, wie weit der zusammenfallende Planet von der Sonne entfernt ist). auf etwa 1,5 AE von der Sonne entfernt, bis er seine Umlaufbahn umkehrte, um sich nach außen zu bewegen, wenn Saturn in seiner Umlaufbahnresonanz aufgenommen wurde. Dies hörte auf, als es seine aktuelle Entfernung bei 5,2 AE erreichte. [8]

Die Migration nach innen ist auf den Verlust des Drehimpulses zurückzuführen. Wenn ein Planet nach außen wandert, ist dies auf eine Zunahme des Drehimpulses zurückzuführen, bis sich ein Planet ausgleicht und stabilisiert. Dies ist auch der Schlüssel zur Erklärung der Bahnparameter, da die Planeten alle eine spezifische Bewegung haben, die auch das ekliptische Muster ist, das Kepler in seinem ersten Hauptsatz bei der Erforschung der Marsbahn bewiesen hat. Dies ist natürlich auf die unterschiedliche Größe der Umlaufbahn zurückzuführen, aber alle bewegen sich relativ zum Ellipsenmuster. Wenn ein Planet eine Umlaufbahn erreicht, erreicht er das Parhelion (was bedeutet, dass der Planet der Sonne am gegenüberliegenden Ende des Spektrums am nächsten ist). Es wird an einem Punkt sein, an dem der Planet am weitesten von der Sonne entfernt ist, der als Aphel bezeichnet wird (was bedeutet, dass Planeten im Aphel langsamer umkreisen, im Gegensatz zu der erhöhten Geschwindigkeit in der Umlaufbahn, wenn sie sich auf ihrem Parhelion befinden, was auf die Länge unserer Jahre zurückzuführen ist). . Die planetarische Migration hat zu all diesen Theorien und Hypothesen beigetragen und uns ein besseres Verständnis der Prozesse ermöglicht, die die Planeten und ihre Umlaufbahnen gebildet haben.

Die Rolle des Jupiter in der Evolution unseres Sonnensystems

Abb. 6: https://thumbs-prod.si-cdn.com/pbcdLmyXhzcl0pofEVkJk3Z9hTM=/800𴨰/filters:no_upscale()/https://public-media.

Das Sonnensystem hat Milliarden von Jahren planetarischer Migration und Evolution durchlaufen, um die aktuellen Positionen der Planeten in unserem Sonnensystem zu erreichen. Es ist üblich, dass andere Sonnensysteme dicht mit Planeten gefüllt sind, deren Größe der der Erde entspricht, wobei die meisten kreisförmige Umlaufbahnen haben. Ein weiteres gemeinsames Merkmal der planetaren Entwicklung, das in Sonnensystemen im ganzen Weltraum zu finden ist, besteht darin, dass sie kurze Umlaufzeiten enthalten, die normalerweise nur wenige Tage bis Monate betragen. Planeten in unserem Sonnensystem haben einzigartige Eigenschaften, die sich von denen gewöhnlicher Sonnensysteme im Weltraum unterscheiden. Die Rolle, die Jupiter spielte, begann in den frühen Stadien der Entwicklung, als die Entstehung des Sonnensystems noch in den Kinderschuhen steckte. Astronomen glauben, dass die Planetenwanderung unseres Sonnensystems durch die frühe Entwicklung der Ein- und Auswanderung des Jupiter beeinflusst wurde.

Als sich das Sonnensystem in seiner frühen Entstehungsphase befand, wanderte Jupiter von 5 AE nach innen auf 1,5 Astronomische Einheiten (AE), bevor er sich wieder auf seine Position von 5,2 AE zurückbewegte, wo er sich jetzt befindet.[6] Diese Einwanderung zeigt uns, warum die Gesamtmasse vieler terrestrischer Planeten des Sonnensystems im Vergleich zu denen anderer Sonnensysteme gering ist. Es wird auch angenommen, dass Jupiter in seinen frühen Stadien in seiner inneren Umlaufbahn um die Sonne andere Planeten zerstörte, die sich schließlich zu kleinen Monden zusammenschlossen. [10] Die Trümmer der Zerstörung der Planeten verursachten den Asteroidengürtel, der ungefähr zwischen Mars und Jupiter liegt. Insgesamt hat Jupiter massive Veränderungen in der Struktur des Sonnensystems verursacht und kann auf die Existenz der Erde zurückgeführt werden.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das meiste von dem, was hier skizziert wird, von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt unterstützt wird und als Grundlage für den Beginn unseres Sonnensystems gilt. Wie bei allem, was mit gebührender Sorgfalt und der Fähigkeit, auf Basis origineller Ideen zu erschaffen und zu lernen, kommt, kommt ein gut abgerundetes und ausgewogenes Verständnis, das eine klare Identität des Sonnensystems ermöglicht, die sich vorwärts bewegt. Die Details dieser Modelle können sich höchstwahrscheinlich ändern, aber der Konsens passt zu mehr Modellen und ist nur eine gegenseitige Erweiterung, um die Ideen zu einem gut funktionierenden, unbestreitbaren Modell zu konsolidieren, auf das sich alle einigen können. Genau wie die Anwendung des Scheibeninstabilitätsmodells, um die Bildung von Gasriesen zu erleichtern, musste dieses Modell basierend auf der Unwahrscheinlichkeit des im Kernakkretionsmodell angegebenen Prozesses zur Bildung von Gasriesen übernommen werden. Das Kernakkretionsmodell liefert eine gute Erklärung für die Entstehung terrestrischer Planeten, aber eine ungeeignete Erklärung für die Entstehung der Jupiterplaneten. Darüber hinaus ist die Nebelhypothese, die als der Prozess anerkannt wird, durch den unser Sonnensystem begann, verbunden und ist die Gesamtheit aller lokalisierten planetesimalen Phänomene und ihrer Anfänge, die alle synchron zu den Modellen sind, die erklären, wie Planeten ihre Bahnparameter gefunden haben. Die planetarische Migration ist wohl eines der bedeutendsten Ereignisse, die jemals stattgefunden haben, da die Erde ohne sie höchstwahrscheinlich existieren würde, das Bewusstsein nichts anderes als ein bloßes Rätsel wäre und der Planet mit all seinen Funktionen würde nur paradox sein. So wichtig ist die planetarische Migration.


Ändern sich die Umlaufbahnen der Planeten? Wo sind die Daten dazu? - Astronomie

Große Idee: Planeten, die andere Sterne umkreisen, haben ähnliche und andere Bahneigenschaften wie unser eigenes Sonnensystem von Planeten, die unsere Sonne umkreisen.

Ziel: Die Studierenden führen eine strukturierte Reihe gerüsteter wissenschaftlicher Untersuchungen über die Natur beobachteter Exoplaneten unter Verwendung der vorgeschriebenen Internetseiten durch, insbesondere der Exoplaneten-Daten-Explorer.

Benötigte Ressourcen: Sonnensystem-Datentabelle (unten), Rechner und diese Anleitung

Phase I: Erkundung Teil A

Dieser Abschnitt betrifft die Planeten in unserem eigenen Sonnensystem Phase II und darüber hinaus Exoplaneten – Planeten, die ANDERE STERNE umkreisen

EIN Histogramm ist ein Balkendiagramm, das die Anzahl von Objekten in einer bestimmten Kategorie zeigt. Es ist also nützlich, um zu zeigen, wie Populationen in einem bestimmten Merkmal verteilt sind.

Betrachten Sie die Forschungsfrage „Wie sind die Eigenschaften von Exoplaneten verteilt?“ Verwenden Sie die DATENTABELLE SOLARSYSTEM und skizzieren Sie für jede der folgenden drei Fragen ein Histogramm. ERFORDERLICH: Fügen Sie Ihre tatsächlichen Skizzen in Ihre Antwort ein. Sie müssen Ihre Histogramme mit einem Fotohandy oder einer anderen Digitalkamera fotografieren oder einscannen.

Histogramm 1: Verteilung der Orbitaldistanz. Erstellen Sie ein Histogramm, das die Anzahl der Planeten näher und weiter als die Umlaufbahn der Erde zeigt, und beschriften Sie Ihre Achsen ähnlich wie im ersten oben gezeigten Beispiel.

Histogramm 2: Massenverteilung. Erstellen Sie ein Histogramm, das die Anzahl der Planeten mit Massen kleiner als Erdmasse und größer als Erdmasse zeigt, und beschriften Sie Ihre Achsen ähnlich wie im zweiten oben gezeigten Beispiel.

Histogramm 3: Verteilung der Umlaufperioden. Erstellen Sie ein Histogramm, das die Anzahl der Planeten mit Umlaufperioden zeigt, die kleiner als die Erdperiode sind (P < P Erde ), zwischen der Erd- und der Jupiterperiode (P Erde ≤ PERIODE ≤ P≤ Jupiter ) und länger als die Jupiterperiode (P > P Jupiter ). (Hinweis: In diesem Lab sind "Periode" und "Orbitalperiode" synonym.) Beschriften Sie Ihre Achsen ähnlich wie im dritten oben gezeigten Beispiel.

Sie benötigen keinen zusätzlichen beschreibenden Text über das Bild Ihrer Histogramme hinaus. Alle drei Skizzen können auf Wunsch auf einer Seite (einer Datei) sein.

Phase I: Erkundung Teil B

Dieser Abschnitt betrifft die Planeten in unserem eigenen Sonnensystem Phase II und darüber hinaus Exoplaneten – Planeten, die ANDERE STERNE umkreisen

Betrachten Sie die Forschungsfrage „Wie ist die Verteilung der Bahnabstände für Exoplaneten?“ Ein Korrelationsdiagramm (oder "Streudiagramm") ist ein Diagramm aus Punkten, das zeigt, wie zwei Eigenschaften oder Variablen zusammenhängen. Verwenden Sie die DATENTABELLE SOLARSYSTEM und skizzieren Sie ein Korrelationsdiagramm (Grafik) für jede der folgenden drei Beschreibungen. ERFORDERLICH: Fügen Sie Ihre tatsächlichen Skizzen in Ihre Antwort ein. Sie müssen Ihre Grafiken mit einem Fotohandy oder einer anderen Digitalkamera fotografieren oder einscannen.

Titel: Entfernung (AU) vs. Periode (Jahre) für Planeten näher als Jupiter (ohne Jupiter). (Vertikale Y-Achsen-Abstand versus horizontale X-Achsen-Periode). Ihre Diagrammskizze sollte die gleichen beschrifteten Achsen verwenden wie die im Beispiel dargestellten:

Titel: Entfernung (AU) vs. Periode (Jahre) für Planeten mit Umlaufbahnen von Jupiter-Größe und größer. (Vertikale Y-Achsen-Abstand versus horizontale X-Achsen-Periode). Ihre Diagrammskizze sollte die gleichen beschrifteten Achsen verwenden wie die im Beispiel dargestellten:

Titel: Distanz (AU) vs. Masse (M Erde , was in Einheiten der Erdmasse bedeutet) für ALLE Planeten des Sonnensystems. (vertikaler Y-Achsen-Abstand gegenüber horizontaler X-Achsen-Masse). Ihre Diagrammskizze sollte die gleichen beschrifteten Achsen verwenden wie im Beispiel:

Laden Sie alle drei Skizzen unten hoch (sie können sich alle auf derselben Seite / Datei befinden, wenn Sie möchten):

Phase I: Erkundung Teil C

Betrachten Sie die Forschungsfrage „Welche Eigenschaften von Exoplaneten korrelieren am stärksten mit der Entfernung?“ Die Vorstellung von Korrelation ist die Idee, dass zwei Eigenschaften eng miteinander verbunden sind. WICHTIGER HINWEIS: KORRELATION IST NICHT DAS GLEICHE WIE URSACHE UND WIRKUNG.

Eine der beiden folgenden Grafiken ist Intelligenz versus Körpergröße und das andere ist Gewicht versus Größe. Erläutern Sie im Textfeld darunter genau, warum was was ist.

Erklärung, warum welcher Graph welcher ist:

Basierend auf Ihrer obigen Arbeit zur Analyse der Planeten unseres Sonnensystems, die variabel, PERIODE oder MASS, scheint höher zu sein korreliert sich distanzieren? Erklären Sie Ihre Argumentation und verwenden Sie gegebenenfalls beschriftete Skizzen, um Ihre Antwort zu veranschaulichen.

Phase II – Stimmt die Evidenz mit einer gegebenen Schlussfolgerung überein?

Sehr kurzes Tutorial zur Verwendung der Exoplanets Data Explorer-Tabelle unter http://exoplanets.org/

0) Wenn Sie mit der Maus über eine Spaltenüberschrift fahren, wird eine Erklärung zu den einzelnen Begriffen angezeigt. Dies gilt auch später, wenn Sie die Funktion "Plot" verwenden.

1) Sortieren: Durch Klicken auf eine Spaltenüberschrift wird die Datentabelle nach dieser Menge sortiert. Durch erneutes Anklicken wird die Sortierreihenfolge umgekehrt.

2) Beachten Sie, dass die erste Spalte den NAMEN des Exoplaneten angibt. Versuchen Sie, die Tabelle nach NAME zu sortieren.

3) Die zweite Spalte ist der Exoplanet MASS (mal einen Faktor namens "sin(i)", den wir ignorieren, weil er klein ist). Die Masse des Planeten wird angegeben, um wie viel Mal größer (oder kleiner) als die Masse unseres Planeten Jupiter, m Jupiter by default, but you can change the units by clicking on this label and selecting from a drop-down list of alternate units. Try changing the units of mass from "mjupiter" (Jupiter Mass) to "mearth" (Earth Mass), and then back to Jupiter Mass again.

4) The fourth column shows the exoplanet’s Orbital Period, a.k.a. PERIOD. The period is the length of time it takes the planet to go around its central host star once. By default the units are Earth days, but you can change the units by clicking on this label. Try sorting the table from largest to smallest period.

5) The third column shows the SEMI-MAJOR AXIS. This is another name for how far the planet orbits its star, on average. The default units of distance are AU, or A stronomical U nit. IMPORTANT DEFINITION: One AU is the average distance our Earth orbits our Sun.

6) Removing Columns : You can simplify the table by removing columns you don"t want to look at. If you hover your mouse over a column header, you should see a faint red "x" that allows you to remove that column. Try this with "Time of Periastron" as an example. You can always add a column back in after removing it.

7) Adding Columns : You can add columns to the table by clicking the large "+" (plus) sign at the top right of the page. There are many categories to choose from! Add in the column "Date", as we will be needing it.


2 Antworten 2

Before we get into seasons, life, etc., we have to address the question of whether or not such a configuration could exist. At first glance, I see no reason why two planets couldn't orbit a star in the same way Janus and Epimetheus orbit Saturn. It could be a bit tricky if the planets are gas giants, because they would have a strong gravitational influence on one another, but if they were terrestrial planets, they would be fine. Such a configuration could exist.

The more important question here is whether or not such a configuration could bilden an erster Stelle. From the excellent site you mentioned,

Janus and Epimetheus may have formed from a disruption of a single parent to form co-orbital satellites. If this is the case, the disruption must have happened early in the history of the satellite system.

Wikipedia, interestingly enough, says the exact same thing:

Janus and Epimetheus may have formed from a disruption of a single parent to form co-orbital satellites, but if this is the case the disruption must have happened early in the history of the satellite system.

Let's consider how these planets could have formed:

  1. Collision of two protoplanets. This is the idea behind the Giant Impact Hypothesis, which says that a protoplanet collided with Earth early in the history of the solar system the Moon was formed from the resulting debris. The problem is, if this happened between two Earth-sized protoplanets, the result might not be two planets - it could be a planet and a large moon, and some debris.
  2. The Roche limit and tidal forces. There are a number of questions here that investigate what would happen if certain things passed inside the Roche limit of another body. A body of more than two solar masses could definitely venture inside the Sun's Roche limit, and be torn apart. Es ist möglich that the material would coalesce into two planets not necessarily likely, but possible.

Both these scenarios could very well result in two co-orbital planets, though perhaps not in the desired arrangement. We'll know more about these kind of ideas if we ever learn about the true source of Janus and Epimetheus. For now, we can say that such a configuration con very well have formed, either from one of these two scenarios or something completely different.

first could planets going around a sun have a similar relationship

Next up, we turn to life. It seems clear that the two bodies would be in some way related to one another, and would most likely be made up of the same materials. In fact, in lieu of another impact on one, the two might develop nearly identically, for a while. At least for a few hundred million years.

I see no reason why life couldn't exist on one or both of these worlds. Remember, they're only near each other for a short amount of time, so they don't have a huge influence on each other - most of the time. Going back to your site,

This exchange happens about once every four years.

Maybe this period is different for our planets, but still, you get the idea.

The really interesting thing here is that, because conditions might be really similar on both planets, we could see life develop similarly on both. Sure, there are a lot of factors that influence life's development, so we shouldn't expect the same creatures to develop on both, but life would likely form from the same compounds, and have the same evolutionary history, for a few hundred million years.

how might that affect any life on them?

Life could form, and it might be similar on both.

Finally, we go to seasons. Janus and Epimetheus are both in synchronous rotation with Saturn, so only one side faces Saturn at a time. This means that they are tidally locked with Saturn. I wrote a brief answer on seasons on tidally locked planets, but the setup was different, and it may not be relevant here because tidal locking is not necessarily the outcome.

If there isn't tidal locking, there should be normal seasons if the axis of each planet is inclined with respect to the star. If it isn't, there won't be any seasons, unless the orbit is somehow highly elliptical (See this question and this question). There also won't be a huge amount of interaction between the two planets, so any axial effects should be negligible.

Would it change the seasons much?

Hope it's OK to bump an old question, but I saw another question on horseshoe orbits and I searched for related questions and came across this one.

Some small notes to add to the answer above.

1) Scaling up from Janus and Epimethius to planets around a star doesn't really work. The ratio of Earth's mass to the sun is 1 to about 330,000. The ratio of Janus, the heavier of the two horseshoe moons, to Saturn is about 1 in 300 million. 900 times more mass variation. That doesn't prove that two planets couldn't orbit in a horseshoe coorbital around a star, but it might not be stable. Here's an answered question on Astronomy with some research quoted. As the two bodies both acquire mass the stability and longevity of the horseshoe drops rapidly. If one of the two objects is small, then you can have a stable system for some time, so long as the larger one is less than 1/200th the mass of the central body. Earth to the Sun is actually 3,200 times the mass ratio as the smaller moon, Epimethius to Saturn. I don't know if 3,200 times greater mass ratio destabilizes the system. It might still be in the range of possible, but the math gets pretty difficult.

2) Horseshoe orbits happen very slowly. Janus and Epimethius swap every 4 years, but they are very close to Saturn and as a result, they orbit very quickly. Each orbits Saturn in less than a day. 4 years is 2,100 orbits for those two moons. Earth's horseshoe Moon, 3753 Cruithne is in a horseshoe pattern around earth with a 770 year period. The horseshoe period is determined by how far the two objects swap and the relative orbital periods at the different distances. Janus and Epimethius swap about 100 km between them. They maintain about a 50 km variation in their semi-major axis, which corresponds to about 2,100 orbits for the closer one to catch up to the farther one. The swapping takes about 200 orbits around Saturn.

Two theoretical Earths in a horseshoe orbit with each other would have a period of hundreds or thousands of years. The period is also inversely proportional to how far they move.

Earth and 3753 Cruithne swap about 1/2 million km when they swap. We can use that as a guideline because the gravitational acceleration remains mostly consistent as the 2nd body increases in mass. The difficulty with using that as an estimate is 3753's highly elliptical orbit, so the gravitational tugging is diluted. With more circular orbits, the exchange should happen faster, or it should be smaller.

The math behind the 3 body problem is very complicated and above my paygrade. I could do some ugly but better estimates, but it would be even longer. But a ballpark 1% variation in solar energy would be enough to trigger a small change on each planet, perhaps triggering little ice ages or medieval warm periods, but if you push the 1% a little higher, the period gets shorter, so I don't think there's any way to get a bigger effect than that. A few hundred years of frost, and a few hundred years of warmth.

A final point. The planets never actually get "close" to each other. The gravitational exchange happens at a distance. Janus and Epimethius never get closer than about 10,000 km in order to swap 100 km in orbital distance.

3753 Cruithne doesn't get closer than about 12.5 million km from Earth in order to swap about 0.5 million km in orbital distance. One way to think about how close they get is by angles of arc. 10,000 km is about 1/15th Janus semi major axis, which is roughly equivalent to 1/15th of a radian on the circular orbit or about 4 degrees. For Earth and 3753 Cruithne, 12.5 million km is about 1/12th Earth's distance from the sun, or about 5 degrees of arc in their respective orbits.

Two data points doesn't establish a pattern, but if the two planets get too close in order to exchange orbital energy, the system likely destabilizes. It's much more consistent if they amount the move is a small faction of how close they need to get. 1/200 for Janus/Epimethius or 1/25 for Earth/Cruithne (not Earth/Cruithne is diluted due to Cruithne's eliptical orbit, two circular orbits and that fraction gets smaller).

Similarly, if the angle of arc grows too large, say above 15 degrees or so, then system might have a greater gravitational attraction to enter into trojan orbits which are more stable and more common than horseshoe orbits. There's a sweet spot in there for degrees of arc that the two objects can get to each other before moving apart again. I'd guess somewhere between 1.5-2-3 degrees of arc on the low side, to maybe 6-8 degrees on the high side - if I was to make a bad guess and as the objects get more massive, that window shrinks.

Point of all of this, the two planets in a horseshoe orbit would never appear like moons to each other. They'd never get anywhere near that close because if they did, such a system would swap too much orbital energy and be irregular, not repeating. They would, as they approach, perhaps be a magnitude brighter than Venus, and by far the most impressive dot in the sky, but they'd remain dots to each other.

HDE is ofcourse right, that setting up a system of two large bodies with less than 1% variation in their semi major axis would be unusual. A system like this would certainly be rare and might even be impossible for long periods of time.

But to address the seasons question, the seasons wouldn't change much but they might change some. The climate might change, similar to a little ice age or Medieval warm period with each swap. That's around the biggest change you might expect with a system like this because the change in distance from the sun would be quite small. It wouldn't happen all at once, it would take many years to kick in, aided by natural feedback mechanisms on the planet.


2. Copernicus and the Sun-Centered Universe

Nicolaus Copernicus (1473-1543), a Polish church official, launched modern astronomy by proposing a heliocentric (sun-centered) model of the solar system. His model still assumed circular orbits, so the ability to predict planet motions was little better than in the Ptolemeic system. But epicycles were no longer necessary -- and the Earth was no longer at the center of the Universe!

Copernicus' model put Mercury and Venus' orbits Innerhalb ("inferior") the Earth's orbit, and Mars, Jupiter, and Saturn's orbits draußen ("superior") the Earth's orbit, thus explaining why Mercury and Venus were never observed far from the Sun.

This is the basic picture of the solar system with which we are all familiar today.

Copernicus' ideas were revolutionary and controversial. Warum?


Überblick

Like many students, you may have come into a course on astronomy thinking that we would spend an entire semester on night sky observations. What we really want to study, though, is astrophysics—we want to understand how those objects that you can observe behave and why they behave the way they do. Traditionally, this is taught from a historical perspective. We will see how over long periods of time we went from making observations of the objects in the sky to the first understanding of those objects.

In this lesson, we are going to begin studying the fundamental physics that is the foundation of astronomy for now, we will focus on the orbits of the planets around the Sun and the force of gravity. The story involves many of the most famous scientists from throughout history: Aristotle, Ptolemy, Galileo, Copernicus, Newton, and some famous astronomers that you may not be as familiar with—Tycho Brahe and Johannes Kepler. The story of how our understanding of the solar system and the Earth’s place in it evolved is an excellent example of the process of science and how accurate observations can force us to change some of our most fundamental theories about the universe.

What will we learn in Lesson 2?

By the end of Lesson 2, you should be able to:

  • interpret the observational evidence for a heliocentric Solar System
  • quantitatively compare and contrast the shape of the planetary orbits and the relationships between their distances from the Sun and their orbital periods
  • explain how an orbit is a balance between the force of gravity and the tangential motion of an object
  • describe how the orbital properties of an object can be used to determine the mass of the system.

What is due for Lesson 2?

Lesson 2 will take us one week to complete. Please refer to the Calendar in Canvas for specific time frames and due dates.

There are a number of required activities in this lesson. The following table provides an overview of those activities that must be submitted for Lesson 2.

Lesson 2 Activities
Requirement Submitting Your Work
Lesson 2 Quiz Your score on this Canvas quiz will count towards your overall quiz average.
Lesson 2 Practice Math Problems There is a second quiz for this lesson in the Lesson 2 Module in Canvas. This one is all short math problems. You will be graded only on effort on this quiz, that is you will be graded for taking it and working on the problems, but not on your answers.
Lab 1 During Lesson 2, you should begin taking data for the "Moons of Jupiter" lab you will complete at the end of Lesson 3. You do not need to submit anything this week.

Fragen?

If you have any questions, please post them to the General Questions and Discussion forum (not email). I will check that discussion forum daily to respond. While you are there, feel free to post your own responses if you, too, are able to help out a classmate.


Kepler-223: Astronomers Find System with Four Giant Planets Trapped in Resonance

The Kepler-223 multi-planet system is trapped in an orbital configuration that the Solar System’s four gas giants may have broken from in its early history, according to a team of scientists led by University of Chicago astronomer Sean Mills.

This artist’s concept shows a multi-planet system. Image credit: NASA / JPL-Caltech.

“Exactly how and where planets form is an outstanding question in planetary science. Our work essentially tests a model for planet formation for a type of planet we don’t have in our Solar System,” Mills said.

“These puffy, gaseous planets, far more massive than Earth, orbit close to their stars. That’s why there’s a big debate about how they form, how they got there, and why don’t we have one.”

The astronomers used brightness data from NASA’s Kepler Space Telescope to analyze how the four planets in the Kepler-223 system — Kepler-223 b, c, d and e — block the starlight and change each other’s orbits, thus inferring the planets’ sizes and masses.

They performed numerical simulations of planetary migration that generate this system’s current architecture, similar to the migration suspected for the Solar System’s gaseous planets. These calculations are described in a paper published online today in the journal Natur.

The orbital configuration of the Solar System seems to have evolved since its birth 4.6 billion years ago.

Kepler-223’s planets, however, have maintained one orbital configuration for far longer.

The planets of Kepler-223 are so-called sub-Neptunes – they are much larger than Earth, likely consisting of a solid core and an envelope of gas, and they orbit their star in periods ranging from only seven to 19 days. The planets also are in resonance.

According to astronomers, planets are in resonance when, for example, every time one of them orbits its Sun once, the next one goes around twice.

Kepler-223 b and c – the system’s two innermost planets – are in a 4:3 resonance. Kepler-223 c and d are in a 3:2 resonance. And Kepler-223 d and e are in a 4:3 resonance.

Astronomers had seen extrasolar systems containing two or three planets in resonance, but not four.

The Kepler-223 planetary system. Image credit: W. Rebel.

“The Kepler-223 system provides alternative scenarios for how planets form and migrate in a planetary system that is different from our own, “said co-author Dr. Howard Isaacson, from the University of California, Berkeley.

“Some stages of planet formation can involve violent processes, but during other stages, planets can evolve from gaseous disks in a smooth, gentle way, which is probably what the sub-Neptune planets of Kepler-223 did,” Mills said.

“We think that two planets migrate through this disk, get stuck and then keep migrating together find a third planet, get stuck, migrate together find a fourth planet and get stuck.”

That process differs completely from the one that astronomers believe led to the formation of Earth, Mercury, Venus, and Mars, which likely formed in their current orbital locations.

“Earth formed from Mars- or Moon-sized bodies smacking together, a violent and chaotic process. When planets form this way their final orbital periods are not near a resonance,” Mills said.

But scientists suspect that the Solar System’s larger, more distant planets of today — Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune — moved around substantially during their formation.

They may have been knocked out of resonances that once resembled those of Kepler-223, possibly after interacting with numerous asteroids and small planets.

Sean M. Mills et al. A resonant chain of four transiting, sub-Neptune planets. Natur, published online May 11, 2016 doi: 10.1038/nature17445


Astronomical Watch Gorgeously Depicts the Real-Time Orbits of Planets

Most watches can tell time, but how many keep track of the planetary orbits? Luxury watch maker Van Cleef & Arpels created the Midnight Planétarium timepiece, which does just that. The wristwear is encased in 18-carat gold and sports a variety of different semi-precious gems. As the watchmakers explain on their website, the company has "achieved its dream of reducing the scale of the heavens to the dimensions of a wristwatch." Pretty fancy stuff.

Each planet is represented with a different colored stone: Earth is turquoise, Mercury is serpentine, Venus is chloromelanite, Mars is red jasper, Jupiter is blue agate, and Saturn is sugilite. Other celestial objects on the watch include a pink gold shooting star and sun.

This watch isn't just for looks: The planets actually move in time with their real-life depictions. A self-winding mechanism containing 396 separate parts moves each miniature planet in true time to its actual orbit length. That means it will take your tiny Saturn 29 years to make its way around the watch's dial, with Jupiter taking about 12 years, Mars 687 days, Earth 365 days, and Mercury 88 days. (Neptune and Uranus aren't included as their orbits are longer than most human lifetimes at 165 years and 84 years respectively.)

The back of the watch features an engraving of the starry night sky. You can set the date and view it through two apertures on the dial. You can also tell the time thanks to the shooting star which completes a revolution around the dial in 24 hours. Adorably, the owner can choose a specific day as their "lucky day" and on that date the Earth will move directly underneath the star engraved on sapphire crystal to symbolize good fortunes.

The watch retails for $225,000, which really isn't so much to have the entire solar system adorning your arm.


Elementare Astronomie (107)


and shows the a long winding handle, calendar and signs of zodiac engraved on top, and a brass Sun with ivory planets with their moons on right angled arms. (Credit: Wikipedia) There is a mechanism in the base to move the planets around the Sun.

Nearly 2000 years before then, Greek sailors had a device they used to navigate. The Antikythera Mechanism was uncovered from a shipwreck in 1900. Here is a a museum display of one of its fragments:


Antikythera Mechanism, from about 89 BCE recovered from a wreck off the island of Antikythera.

Credit: National Archaeological Museum, Athens. Creative Commons License

The mechanism consists of a complex system of 30 wheels and plates with inscriptions relating to signs of the zodiac, months, eclipses and pan-Hellenic games that were to become our Olympics.

Today we have computers, an understanding of gravity and Newton's laws of motion, and precision measurements of where planets and small bodies are now. You can view an interactive "orrery" at this site:

and see a screen that should look like this


On the upper left, the right arrow is a "play" button. Try it, and the other options to see your solar system in motion. This an interactive 3D simulation, actually based on the physics of motion and gravity. With your mouse you can change your viewpoint, and you can select scenarios to see different aspects of motion.

Another website that is currently very informative places NASA's New Horizons spacecraft now out beyond Pluto, having recently passed Arrokoth on its journey through the Kuiper Belt. It is now over 6 and a half light hours from Earth.