Kiedy wszystkie osiem planet w naszym Układzie Słonecznym zrównają się?

14

Ignorując ekspansję wszechświata, entropię, rozkładające się orbity i ingerencję jakichkolwiek ciał zderzających się lub w inny sposób zakłócających ich orbity , czy osiem znanych planet w naszym Układzie Słonecznym kiedykolwiek się wyrówna?

Jaki jest „okres” planet; jak często idealnie do siebie pasują? A w oparciu o ich obecne pozycje, jak daleko w przyszłość jest ich następne teoretyczne wyrównanie?

IQAndreas
źródło
8
W ścisłym tego słowa znaczeniu - nigdy. Orbity nie są współpłaszczyznowe, nie znajdują się w tej samej płaszczyźnie. W związku z tym dostosowanie we właściwym sensie nigdy nie może nastąpić, jest to raczej koncepcja stworzona przez media i pogłoski.
Florin Andrei
@FlorinAndrei Czyż nie wszyscy (z wyjątkiem Merkurego, który jest po prostu zbuntowany) w odległości ~ 3 ° od siebie ? Nie idealny, ale wystarczająco dobry dla mnie.
IQAndreas
Zamieściłem odpowiedź i chciałbym wiedzieć, czy odpowie na twoje pytanie, czy potrzebujesz bardziej precyzyjnego, abym mógł go rozwinąć. Byłbym wdzięczny za przynajmniej informację zwrotną.
harogaston
Nigdy, nawet jeśli byłyby one współpłaszczyznowe.
Walter
Ignorowanie zakłóceń [...] od ciał zakłócających ich orbity - dotyczy to oczywiście Słońca, a bez Słońca orbity planet nie są dobrze zdefiniowane. Dlatego twoje pytanie jest niejasne.
Walter,

Odpowiedzi:

8

To jest niska dokładność - ale prosta - odpowiedź

Pozwala obliczyć tylko konfigurację wyrównania promieniowego planet.

Jeśli chcesz uzyskać przybliżenie, powiedzmy, przybliżasz pozycję planet jako wskazówki zegara, możesz wyliczyć matematykę w ten sposób.

Załóżmy, że jest początkowym kątem dla planety w czasie - mierzonym od dowolnej, ale stałej pozycji, a jest długością roku - w dniach - dla planety . i t 0 l i iθiit0lii

Następnie wznawia się do rozwiązywania tego układu równań:

xθi( mod li)

Odtąd po prostu zastosowałbyś chińskie twierdzenie o pozostałości .

Znalezienie minimalnego x da kąt, jaki planeta, która przy miała kąt , przemieściłaby się, dopóki nie zostanie osiągnięta konfiguracja wyrównania . Zakładając, że wybierzesz Ziemię jako wspomnianą planetę, a następnie podziel ten kąt przez całkowitą rewolucję ( ), a dostaniesz liczbę lat do osiągnięcia tej konfiguracji - z konfiguracji .θ i = 0 360 o t 0t0θi=0360ot0

Różne w stopniach dla wszystkich planet w dniu 1 stycznia 2014 r. - możesz użyć tego jako swojego :t 0θit0

Mercury285.55Venus94.13Earth100.46Mars155.60Jupiter104.92Saturn226.71Uranus11.93Neptune334.90

Źródło

Różne w dniach dla wszystkich planet:li

Mercury88Venus224.7Earth365.26Mars687Jupiter4332.6Saturn10759.2Uranus30685.4Neptune60189

Wreszcie przy aproksymacji wartości całkowitych i użyciu tego internetowego rozwiązania dla układu równań odpowiedź wynosi który podzielony przez daje w przybliżeniu 360 o 1,1218 × 10 24x=4.0384877779832565×1026360o

1.1218×1024years

Edytuj 1

Właśnie znalazłem tę stronę, z którą możesz się pobawić. Jest to interaktywna aplikacja flash z dokładnym położeniem planet.

Wiem również, że wszystkie informacje można uzyskać z tej strony NASA i są one tak dokładne, jak można je uzyskać, ale dla mnie są one teraz niezrozumiałe. Spróbuję to poprawić później, kiedy znajdę czas.

Również książka Jeana Meeusa zatytułowana Algorytmy astronomiczne obejmuje wszystkie podstawowe równania i formuły - nie ma to jednak nic wspólnego z algorytmami programowania.

Edytuj 2

Widząc, że jesteś programistą, warto sprawdzić stronę NASA, o której wspomniałem powyżej, dostęp do danych dla wszystkich planet można uzyskać nawet poprzez . Lub na tej stronie Sourceforge, gdzie mają implementacje wielu równań opisanych w książce również wspomnianej powyżej.telnet

harogaston
źródło
1
xθi(modli) działa tak samo w komentarzach. Myślę, że twoje podejście jest najlepsze, co możesz zrobić bez nadmiernych symulacji. Wszystko, co musisz zrobić, to wstawić rzeczywiste dane; to właśnie ta część sprawiła, że ​​wahałem się z odpowiedzią.
Gerald
1
@ Gerald, myślałem, że znaczniki równań nie działają w komentarzach. Tak, brakuje mi danych, w szczególności . Dodam inną informację . ja iθili
harogaston
Jak ten solarsystemscope może pokazywać dokładne względne pozycje planet, gdy ich odległości od Słońca są nieprawidłowe? Może pokazywać pozycję każdej planety względem Słońca poprawnie w izolacji, a zatem może być dobrym rozwiązaniem dla tego pytania, ale nie do znalezienia koniunkcji.
LocalFluff
@LocalFluff To prawda. To daje odpowiedź tylko na konfiguracje wyrównywania promieniowego . Edytowane.
harogaston
1
W tej odpowiedzi jest kilka błędów. Po pierwsze, używając wszystkich cyfr w twoich tabelach (co oznacza konwersję na centidgrees i centidays) faktycznie otrzymuję (z tego samego narzędzia online), co wynosi lat . Nie wiem, jak uzyskałeś niższą wartość, ale podejrzewam, że pominęłeś niektóre cyfry. Po drugie pokazuje to, że po dodaniu większej liczby cyfr rozwiązanie zmierza do nieskończoności: poprawna odpowiedź brzmi: wyrównanie promieniowe nigdy nie występuje . Wreszcie założenie, że orbity planet podążają tym prostym ruchem jest po prostu błędne . 1,29 × 10 33x1.698×10421.29×1033
Walter
2

Prawidłowa odpowiedź to „ nigdy ” z kilku powodów. Po pierwsze , jak wskazano w komentarzu Florina, orbity planety nie są współpłaszczyznowe, a zatem nie mogą się ewentualnie wyrównać, nawet jeśli każda planeta mogłaby zostać dowolnie umieszczona na płaszczyźnie orbity. Po drugie , nawet czyste wyrównanie promieniowe nigdy się nie zdarza, ponieważ okresy planety są niewspółmierne - ich stosunki nie są liczbami wymiernymi. Wreszcie orbity planet ewoluują w milionach lat w czasie, głównie z powodu ich wzajemnego przyciągania grawitacyjnego. Ta ewolucja jest (słabo) chaotyczna, a zatem nieprzewidywalna na bardzo długi czas.

Błędne odpowiedzi przez harogaston zasadniczo przybliża okres orbitalny przez najbliższych numerów współmiernych, dających bardzo długo (choć mam to źle, współczynnik zaledwie ).1016

O wiele bardziej interesujące pytanie (i być może to, czym naprawdę byłeś zainteresowany) dotyczy tego, jak często 8 planet prawie wyrównuje się promieniowo . Tutaj „ prawie ” może po prostu oznaczać „ do jak widać ze Słońca10 ”. W takiej sytuacji wzajemne przyciąganie grawitacyjne planet wyrówna się, a tym samym spowoduje silniejsze zmiany orbitalne niż średnia.

Walter
źródło
0

Jest na to znacznie łatwiejszy sposób.

1) Sprawdź długość roku słonecznego w dniach ziemskich

2) pomnóż długość lat w ten sposób: rok Merkurego * rok Wenus * rok Ziemi * rok Marsa * rok Jowisza * rok Saturna * rok Urana * rok Neptuna

3) Podziel przez 365, aby otrzymać lata ziemskie.

I masz czas, kiedy wyrównają się ponownie wzdłużnie (co oznacza, że ​​kąty będą różne, ale z widoku z góry utworzą linię). Nie wyrówna się przy żadnej wyższej częstotliwości, ponieważ niektóre z tych planet mają dziesiętną liczbę dni ziemskich w ciągu roku.

Caters
źródło
4) Uświadom sobie, że liczba, którą otrzymałeś, jest znacznie większa niż czas Lapunowa w Układzie Słonecznym, a zatem jest bez znaczenia.
Mark
0

Z technicznego punktu widzenia prawdziwym sposobem znalezienia okresu między wyrównaniem wszystkich 8 planet jest znalezienie LCM dla wszystkich 8 ich rocznych długości.

LCM (88, 225, 365, 687, 4333, 10759, 30685, 60189) = 814252949520007202031000. Rozumiem, że jest to przybliżony szacunek, ponieważ są one zaokrąglone do najbliższej liczby całkowitej, ale daje dobry obraz liczby dni wziąłbym.

814252949520007202031000/365 = 2230829998684951238441. To ile lat.

Jan
źródło
Wydaje się, że jest to ta sama metoda, jak opisana w odpowiedzi Catersa .
HDE 226868
0

Jakiekolwiek oszacowanie wspólnego okresu więcej niż dwóch planet (tj. Po jakim czasie ponownie w przybliżeniu wyrównują się na długości heliocentrycznej?) Zależy bardzo silnie od tego, jak duże odchylenie od idealnego wyrównania jest dopuszczalne.

Jeśli okres planety wynosi i jeśli dopuszczalne odchylenie w czasie wynosi (w tych samych jednostkach co ), wówczas łączny okres wszystkich planet wynosi w przybliżeniu więc zmniejszenie dopuszczalnego odchylenia o współczynnik 10 oznacza zwiększenie wspólnego okresu o współczynnikP i b P i P n P i P iiPibPiPn 10n-1

PiPibn1
10n1, co dla 8 planet to współczynnik 10 000 000. Nie ma więc sensu cytowanie wspólnego okresu, jeśli nie określi się również, ile odchyleń jest dopuszczalne. Kiedy dopuszczalne odchylenie spada do 0 (aby osiągnąć „idealne wyrównanie”), wówczas wspólny okres wzrasta do nieskończoności. Odpowiada to stwierdzeniom kilku komentujących, że nie ma wspólnego okresu, ponieważ okresy te nie są współmierne.

Dla okresów planet wymienionych przez harogaston, gdy są mierzone w latach juliańskich po 365,25 dni każdy, więc wspólny okres w latach wynosi w przybliżeniu jeżeli jest również mierzone w latach. Jeśli okresy są przybliżone do najbliższego dnia, wówczas lata i lat. Jeśli okresy są przybliżone do najbliższego 0,01 dnia, to i lat.iPi1.35×106Pi

P1.35×106b7
bb0.00274P1.2×1024b2.74×105P1.2×1038

Wyprowadzenie powyższego wzoru jest następujące:

Przybliż okresy planet przez wielokrotności jednostki podstawowej : gdzie jest liczbą całkowitą. Wówczas wspólny okres jest co najwyżej równy iloczynowi wszystkich . Ten produkt jest nadal mierzony w jednostkach ; musimy pomnożyć przez aby wrócić do oryginalnych jednostek. Tak więc wspólny okres to w przybliżeniuP ip i b p i p i b b P b i p ib i P ibPipibpipibb

PbipibiPib=biPibn=iPibn1

Powyższe wyprowadzenie nie bierze pod uwagę, że mogą mieć wspólne czynniki, więc wyrównanie nastąpi wcześniej niż sugeruje . Jednak to, czy jakieś dwa mają wspólne czynniki, zależy silnie od wybranego okresu bazowego , więc jest to efektywnie zmienna losowa i nie wpływa na globalną zależność od .i p i p i b P bpiipipibPb

Jeśli wyrazisz dopuszczalne odchylenie raczej w kategoriach kąta niż czasu , spodziewam się, że otrzymasz odpowiedzi zależne od wielkości dopuszczalnego odchylenia tak silnie, jak w powyższym wzorze.

Zobacz http://aa.quae.nl/en/reken/periode.html, aby zobaczyć wykres w funkcji dla wszystkich planet, w tym Plutona.bPb

EDYTOWAĆ:

Oto szacunek z dopuszczalnym odchyleniem pod względem kąta . Chcemy, aby wszystkie planety znajdowały się w zakresie długości geograficznej szerokości wyśrodkowanej na długości geograficznej pierwszej planety; długość pierwszej planety jest wolna. Zakładamy, że wszystkie planety poruszają się w tym samym kierunku po współpłaszczyznowych orbitach kołowych wokół Słońca.δ

Ponieważ okresy planet nie są współmierne, wszystkie kombinacje długości planet występują z takim samym prawdopodobieństwem. Prawdopodobieństwo że w pewnym określonym momencie długość geograficzna planety mieści się w segmencie szerokości wyśrodkowanym na długości geograficznej planety 1, jest równa i > 1 δqii>1δ

qi=δ360°

Prawdopodobieństwo że wszystkie planety od 2 do znajdują się w tym samym segmencie długości geograficznej wyśrodkowanym na planecie 1, wynosi wtedyqn

q=i=2nqi=(δ360°)n1

Tłumaczyć, że prawdopodobieństwo średnim okresie, musimy oszacować na ile czasu wszystkie planety są wyrównane (w granicach ) za każdym razem, wszyscy oni są wyrównane.δ

Dwie pierwsze planety, które utracą wzajemne ustawienie, są najszybszymi i najwolniejszymi z planet. Jeśli ich okres synodyczny wynosi , wówczas będą one w linii przez interwał a następnie przez pewien czas nie będą ustawione w linii, zanim ponownie znajdą się w linii . Tak więc każde wyrównanie wszystkich planet trwa około interwału , a wszystkie te wyrównania razem obejmują ułamek całego czasu. Jeśli średni okres, po którym następuje kolejne wyrównanie wszystkich planet, to , to musimy mieć , więcP

A=Pδ360°
AqPqP=A
P=Aq=P(360°δ)n2

Jeśli są tylko dwie planety, to niezależnie od , co jest zgodne z oczekiwaniami.P=Pδ

Jeśli jest wiele planet, najszybsza planeta jest znacznie szybsza niż najwolniejsza, więc jest prawie równa okresowi orbitalnemu najszybszej planety.P

Również w tym przypadku oszacowanie średniego czasu między kolejnymi ustawieniami jest bardzo wrażliwe na wybrany limit odchyleń (jeśli w grę wchodzą więcej niż dwie planety), więc nie ma sensu podawać takiego połączonego okresu, jeśli nie wspomina się również o czym odchylenie było dozwolone.

Ważne jest również, aby pamiętać, że (jeśli są więcej niż dwie planety), te (prawie) wyrównania wszystkich z nich nie występują w regularnych odstępach czasu.

Teraz podłączmy kilka liczb. Jeśli chcesz, aby wszystkie 8 planet były wyrównane z dokładnością do 1 stopnia długości geograficznej, średni czas między dwoma takimi wyrównaniami jest w przybliżeniu równy orbit najszybszej planety. W przypadku Układu Słonecznego Merkury jest najszybszą planetą z okresem około 0,241 lat, więc średni czas między dwoma ustawieniami wszystkich 8 planet z dokładnością do 1 stopnia długości geograficznej wynosi około lat. 5 × 10 14P=3606=2.2×10155×1014

Jeśli już jesteś zadowolony z wyrównania z dokładnością do 10 stopni długości geograficznej, wtedy średni okres między dwoma takimi wyrównaniami jest w przybliżeniu równy orbit Merkurego, który wynosi około 500 milionów lat.P=366=2.2×109

Jakiego najlepszego dostosowania możemy się spodziewać w ciągu nadchodzących 1000 lat? 1000 lat to około 4150 orbit rtęci, więc , a więc . W losowym odstępie 1000 lat występuje średnio jedno wyrównanie wszystkich 8 planet w obrębie segmentu 90 °.δ90 °(360°/δ)64150δ90°

Louis Strous
źródło