Как долететь до Эквестрии?
Почему меняются времена года?
Какие тортики любит Селестия?

В этой теме предлагаю обсуждать научные ответы на вопросы космического масштаба.

Первый вопрос. Какая же всё-таки звёздная система мира пони: геоцентрическая или гелиоцентрическая?
Что предлагает нам сам сериал? "To do this, the eldest used her unicorn powers to raise the sun at dawn; the younger brought out the moon to begin the night." На первый взгляд, обе принцессы вращают небесные тела вокруг планеты. С какими же трудностями предстоит в этом случае столкнуться её обитателям?

1. Звезда.
Для зажигания термоядерной реакции превращения водорода в гелий с выделением энергии звезда должна обладать минимальным пределом массы, иначе давление и температура в ядре будут недостаточны для реакции. Эта масса определена и составляет около 8 процентов массы Солнца ☉ (земного ⊕).
M = 0,08 M☉ = 0,08*330000 m⊕.

Из диаграммы масса-светимость следует, что светимость L звезды с массой порядка 0,1☉ в 1000 раз меньше солнечной. Для развития жизни планета должна находиться в обитаемой зоне своей звезды. Радиус обитаемой зоны в астрономических единицах (а.е., среднее расстояние от Земли до Солнца, 150 000 000 км) рассчитывается по формуле
d = √(L/L☉) = √0,001 = 1/31,6 а.е. ≈ 4,75*10^9 м.

По второму закону Ньютона, сила притяжения между звездой и планетой сообщает звезде центростремительное ускорение:
F = GMm/(d^2) = M R ω^2 = (4 π^2 d)/(T^2).

Здесь появляется первая проблема. Я не помню, упоминались ли в сериале часы. Также неизвестна продолжительность эквестрийского часа и, соответственно, суток или периода T обращения звезды вокруг планеты. Предположим, что она тоже равна 24 часам или 86400 секундам. Теперь можно вычислить массу центральной планеты.
m = (4 π^2 d^3)/(G T^2).

Масса планеты получается равной m = 8,4*10^30 кг. Для сравнения, M☉ = 1,9*10^30 кг.

Так как пони могут копать (а могут и не копать), предположим, что средняя плотность планеты тоже совпадает с земной, ρ = 5520 кг/м^3. Отсюда получаются объём V и радиус R планеты:
V = (4 π R^3)/3 = m/ρ = 1,5*10^27 м^3,
R = 0,36*10^9 м.


Зная массу и радиус, найдём ускорение свободного падения на поверхности: g = Gm/(R^2) ≈ 4310 м/с^2. Для сравнения, g⊕ = 9,81 м/с^2. На практике величина получится ещё больше, так как такая масса должна сжаться до ещё большей плотности в меньший радиус.
Что ж. Я бы хотел жить в Эквестрии. Но я бы не хотел жить на планете с такой гравитацией.

Для последующих расчётов будет полезно найти угловой диаметр звезды, видимый с планеты. Существует эмпирическая формула, связывающая светимость звезды главной последовательности и её радиус: L = R^5,2. Так как светимость звезды в 1000 раз меньше светимости Солнца, то
Rз = 0,265 R☉ = 0,265*6,96*10^8 м ≈ 1,84*10^8 м.

Угол 2φ, под которым виден диаметр звезды с планеты, равен
2φ = 2 arctg(Rз/d) ≈ 4,4°.

Для сравнения, угловой диаметр Солнца для земного наблюдателя составляет около 0,5° или 30'. А сама планета пони с её звезды будет видна под углом около 8,7°.

2. Луна.
Для Луны я не проводил таких подробных расчётов. В них понадобится третий закон Кеплера: "Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца (в нашем случае Солнца и Луны вокруг планеты) относятся, как кубы больших полуосей их орбит". Существует уточнённая Ньютоном формула с учётом масс, но так как масса планеты на порядок выше массы Солнца и Луны, этой частью можно пренебречь.
(T1^2)/(T2^2) = (d^3)/(dЛ^3).


Снова предполагая, что эквестрианский лунный месяц равен земному и в нём 28 дней, получаем, что расстояние от планеты до Луны dЛ в 9,2 раза больше "эквестрианской астрономической единицы" d.
При круговой орбите получается, что обращённая к планете сторона Луны всегда освещена. Смены фаз нет за исключением небольших затемнений по краям при максимальном угле между Луной, планетой и Солнцем, что бывает два раза в сутки. А ведь у одной пони на попке изображён лунный серп!
Если же предположить, что четвёртый сезон и s04e02 является каноном (самое смелое предположение!) и тогда произошло затмение (можно воспользоваться угловым размером Солнца, рассчитанным ранее!), то в низшей точке орбиты Луна находится ближе к планете, чем звезда. Тогда она движется по очень вытянутому эллипсу, в апоэквестрии также не меняя фаз, зато меняя все сразу за сутки в периэквестрии. Скорость при этом должна быть внушительной, по второму закону Кеплера, а приливы могут превратиться в цунами. Будет сильно меняться и угловой диаметр Луны.

3. Метеошоу.
Как известно, метеорные потоки вытягиваются по орбитам разрушенных комет и видны, когда планета пересекает эту орбиту. В геоцентрической системе с центральной планетой большой массы кометы тоже должны двигаться вокруг этой планеты. Понятно, что пересечь орбиту кометы в этом случае у планеты получится только один раз. Между тем, в серии про сову пони смотрят на звездопад и пьют пунш.

На основании этих фактов делаю вывод.
Селестия лапочка
Thunderstorm
Cyanide Kualus писал(а):В первом двухсерийнике 4 сезона было не простое затмение, а день и ночь единовременно (небо пополам поделилось, нонсенс же). Если принцессы двигают саму планету, то вращение ее Дискордом должно было убить всех ее обитателей мигом.

Я имел в виду затмение из воспоминаний о Лунной Пони и её ЛАЗОРАХ. День и ночь одновременно? Вообще, луна может быть на небе днём. Но для меня это очередной повод фыркнуть на четвёртый сезон XD
Насчёт Дискорда пока идей нет. "Это космический разум, мы его не трогаем." Он мог делать что угодно, хоть действительно начать двигать Солнце.
NTFS писал(а):есть непреодолимые факты, говорящие, что планета неподвижна, а светила относительно маленькие и вращаются вокруг неё на небольшом (совсем не астрономическом) расстоянии.

Я готов согласиться, но если факты будут подкреплены формулами! f(;
NTFS писал(а):Почти все противоречия можно снять, если принять за основу исходную искусственность мира. Тут вам и компактные сверхмощные источники энергии на антигравитационных подвесках, и на 100% управляемый климат/экосфера, и многое другое. Сходится.

Если предположить, что жизнь на планете развивалась сама, нужен такой сверхмощный источник энергии, который будет одновременно стабильным несколько миллиардов лет. Самый мощный из теоретически возможных - аннигиляция. Хранилище антиматерии, вращающееся на орбите миллиарды лет, было бы слишком искусственным. Если жизнь развивалась не сама, то у меня на этот счёт есть своя гипотеза.
Гипотеза

BUzer писал(а):Дальше не читал.

Зря, там дальше прикольно. Там есть число 4310. Четыре! Тысячи! Триста! Десять! Это как шоколадный дождь, только Четыре! Тысячи! Триста! Десять! Ну и ещё два факта, о которых будет ниже.
kuzya93 писал(а):Для термоядерной реакции, НЯП, не нужна масса, нужно только достаточное давление. А уж возьмётся давление от гравитационного сжатия гигантской звезды, или от сжатия какой-нибудь магической сферы вокруг кубометра водорода — дело десятое.

А вот это объяснение мне нравится. Селестия, управляющая термоядерной реакцией, ещё круче, чем Селестия, приводящая в движение какое-либо небесное тело. Допустим, действительно возможно таким образом зажечь коричневый карлик с малой массой.
Но по-прежнему остаются проблемы смены фаз Луны, длины лунного месяца и метеорных дождей. Чем можно объяснить это в геоцентрической системе?

Про Луну я сегодня досчитал.
Во-первых, если Луна всё же проходит между планетой и Солнцем, её период обращения составляет 28 дней и большая полуось орбиты dЛ = 9,2d, то можно рассчитать, с какой скоростью она будет пролетать через периэквестрий. Для движения по эллипсу используется формула
V = √(Gm(2/r - 1/9,2d)),

где r - расстояние от центра планеты до центра Луны. Пренебрегая мелочами вроде гравитационных возмущений от Солнца и прохождением сквозь него, положим r = d.
V = √(17,4GM/9,2d) = 472 км/с.

Четвёртая космическая (скорость покидания галактики для области Солнца), для сравнения, примерно равна 550 км/с.
Первая космическая, кстати, для планеты пони будет 1248 км/с (в формуле a = r = R, радиус планеты). А скорость Солнца на круговой орбите (a = r = d) будет 343 км/с, и Луна его будет обгонять.

Во-вторых, также будет наблюдаться уменьшение углового диаметра Луны от 4,4°, когда она закрывает Солнце во время затмения, до совершенно земных 0,5° в высшей точке орбиты. Опять же, в апоэквестрии всегда будет полнолуние, а около планеты фазы будут пролетать за сутки.

А теперь забудьте всё написанное выше.
Предел Чандрасекара - верхний предел массы белого карлика, при котором давление внешних слоёв под действием гравитации уравновешивается давлением вырожденного электронного газа. Он равен примерно 1,5M☉.
Предел Оппенгеймера — Волкова - верхний предел массы нейтронной звезды. Здесь гравитация уравновешивается вырожденным нейтронным газом. Он оценивается максимум в 3M☉.
Дальше - всё. А масса планеты - около 4,4M☉.

Итак, без существенных вмешательств извне в системе с описанными параметрами не сможет зародиться жизнь на центральной планете чёрной дыре. Снова останавливаюсь на гелиоцентрической системе, но гипотеза о магическом сжатии коричневого карлика также интересна, даже если в итоге и там жизнь будет невозможна. Kuzya93, может быть, доклад? И с формулами, формулами, побольше формул! =^_^=
Thunderstorm
Джек Попры-GYN-чик писал(а):Да и зачем Вам вообще выяснять физические законы и историю мироздания во вселенной говорящих маленьких лошадок? Они ведь не ради таких вот вычислений появились, а чтобы преподать закостеневшим и черствым людишкам немного знаний о дружбе и любви :)

Согласен с основной целью.
А всякие научные выкладки пишу потому что, во-первых, действительно интересно, "что будет, если сунуть пальцы в розетку", а во-вторых, например, благодаря пони - Селестии, конечно - я решил прочитать книгу по астрофизике.
Вдруг кто-то тоже найдёт что-нибудь интересное для себя в какой-нибудь научной области.
Thunderstorm
BUzer писал(а):Ладно, ты лучше скажи, почему у тебя по планете всё кувырком не летит, когда её разгоняют и тормозят.

Когда именно? При обычном ежедневном подталкивании Селестией и Луной? Планета не успевает полностью затормозить за сутки, и дополнительный разгон будет небольшим. А если они поддерживают постоянную скорость, то вообще никаких перегрузок не будет.
Линейная скорость вращения Земли на экваторе* составляет около 1700 км/ч. Так что даже Лунная Пони с её Вечной Ночью Навсегда за эту самую ночь без дополнительных неудобств могла бы такую скорость погасить. Может быть, радиус планеты пони меньше земного: поезд до Кристальной империи. Тогда линейная скорость будет тоже меньше.
Что было, когда безобразничал Дискорд, я пока не знаю.
kuzya93 писал(а):Если предположить, что "небесные тела" находятся в атмосфере — плавают в ней (как воздушные шары), планируют (как воздушные змеи) или активно летают (как самолёты и предметы, удерживаемые телекинезом), то парадокс снимается.

Солнечная постоянная для Земли A = 1367 Вт/м^2. Для планеты с радиусом Земли (6370 км) без учёта всяких отражений и парниковых эффектов поглощаемая мощность за день будет примерно 1,7*10^17 Вт.
Данных о времени существования планеты пони пока нет, но за 1000 лет, которые продолжалась ссылка Луны на Луне, пони должны были нажечь 5,4*10^27 Дж, что - опять же без учёта отражений и просто света в другую сторону - эквивалентно аннигиляции в общей сложности 6*10^10 кг вещества и антивещества. За 4,5 миллиарда лет это уже 2,7*10^17 кг.
Ну... Может, и можно на благо поняш пожечь пару астероидов. Только один должен быть из антивещества. И вся энергия должна уходить планете.
Navk писал(а):Потому что сверхлёгкое искусственное солнце ходит вокруг тяжёлой планеты с нейтритовым ядром, а не наоборот... 888-Ь

По расчётам, для самого сверхлёгкого естественного солнца масса планеты, вокруг которой оно должно вращаться, будет 4,4 солнечных (здесь имеется в виду земное). Сжатие коричневого карлика магией, надеюсь, ещё будет рассмотрено. И так как поддерживать такую массу в отличие от звёзд на планете нечему, то там из-за превышения предела Оппенгеймера — Волкова будет уже не "нейтрит", а кое-что похуже. Настолько, что свойства этого вещества неизвестны и ещё неизвестно, будут ли вообще известны. И если бы можно было как-то прицепить к поверхности островок, где гравитация будет сравнима с земной, то он должен быть на расстоянии 7,6*10^9 м от центра этой "планеты". А звезда вращалась бы на d = 4,75*10^9 м. Для кого, правда, уже - непонятно.
Хм... А не может ли система быть двойной?

* UPD. Интересно, слова "экватор" и "лошадь" - однокоренные?
Thunderstorm
kuzya93 писал(а):3). Солнечный ядерный синтез обеспечивает примерно 3Е7 эВ на четыре атома водорода, или 7Е17 Дж/т водорода = 1Е17 Дж/т воды.

Вот этот пункт меня смущает. Чтобы зажечь простые протоны, нужно давление как в той самой звезде с массой 8% солнечной. Расчётов пока нет, но будет невыгодно сжимать такие небольшие объёмы - звезду собрать будет легче. Или "дожать" имеющуюся, но маленькую. Или использовать другое топливо, но его не так много.
Thunderstorm
kuzya93 писал(а):Хотя вот сейчас проверил, в ядре солнца ещё и плотность вещества большая, 150 т/куб.м. — не знаю, как найти энергию, необходимую для сжатия даже холодного водорода до такой плотности. Да и не факт, что при таких плотностях формулы теплоёмкости будет иметь хоть что-то общее с обычными...

Плюс ещё сложность в том, что даже такие величины давления и температуры недостаточны для преодоления электростатического отталкивания протонов и обычной реакции: в ядре Солнца перескочить барьер протонам помогает квантовый туннельный эффект. Соответственно, чем больше протонов, тем чаще будут перескакивать: снова нужны астрономические масштабы.
Navk писал(а):
VIM писал(а):Navk, коллега, как вы планируете обойти "предел Чандрасекара"? Кстати, сколько оборотов в секунду будет делать понячья планетка? ;)

Стоп!!! VIM, Вы гений! Теперь понятно, почему Луна должна была создавать свою версию звёздного неба: настоящая-то размазана в полосы от сверхбыстрого вращения!. 888-)

Но если она всё-таки вертится, то о чём тогда дальше спорить?.. (%
Нужно уговорить Кейденс и Армора повесить маятник Фуко в кристальном дворце.
Navk писал(а):Признав, что планета сделана искусственно некиим Кью (в старости - Дискордом), получаем, что количество нейтрита, нужное для созданиря массивного ядра, было привезено извне, а не получено из планетарной массы. И оное количество может быть куда меньше критического...

Без дополнительного сжатия этот нейтрит потеряет свои свойства: сначала... хм, разуплотнится, а затем распадётся на протоны и электроны.
Ещё не очень понял, почему при более сильном сжатии он станет отрицательной массы. Отрицательную массу (гравитационную) я в принципе не исключаю, но есть закон сохранения массы. "Нейтрит" сожмётся в чёрную дыру, за горизонт событий которой у нас доступа нет (вернее, есть, но лучше не надо), а если и отломить как-нибудь у неё кусочек, эта маленькая дыра очень быстро испарится.
Thunderstorm
Smikey писал(а):Если запихать мир пони в нашу вселенную, то самое логичное поместить их на планетку которая сидит на далекой орбите, и освещается зеркалом (которым и управляет Селестия). Ну или расположенным на орбите хитроумным термоядерным фонарем. Зачем это надо? Например, наблюдать за жалкими человечишками, мухахаха!

Термоядерный фонарь без дополнительных энергозатрат должен быть массой минимум в см. первое сообщение. Думаю, жалкие человечишки его увидят.
SMT5015 писал(а):Он отрицает МАГИЮ

Он не отрицает магию >_> Но только физически обоснованную.
Thunderstorm
goldfish писал(а):Есть несколько НО, которые сводят на нет все ваши вычисления. Мир пони не может существовать.
1) на витраже земля круглая.
2) В песне Кризалис был "шар земной". Где то ещё тоже.
3) Однако серия, когда в небе висели и солнце, и луна... если земля круглая, то это невозможно.
4) У них есть "самый длинный день в году".
Т.е. у них есть чуть физики от круглой земли, и чуть от плоской. А на этом разрешите откланяться.)

1) Гм. Где этот витраж и почему из него следует, что мир пони не может существовать?
2) Что? 0_o Не было там такого.
3) Так значит, в этом году... На Крите... Я видел, что наша Земля... O_O
4) А об этом нужно спрашивать Селестию. Она регулирует продолжительность дня. Или вращает с одинаковой скоростью, но есть наклон оси.
Приведённые аргументы не доказывают, что мир пони не может существовать.

Smikey писал(а):Фонарь на то и хитроумный, что светит скажем только на обращенную от Земли сторону планеты. Ну и сжатие достигается не гравитацией, а тримпампацией, так что масса звезды не нужна.

Хорошо, допустим, там стоит лазор с рассеивающей линзой, чтобы свет падал только на одну сторону планеты. Но человеки увидят странную смену её фаз. А вот на тримпампацию тоже нужно тратить энергию. Не говоря уже о том, что это лишняя сущность.
Thunderstorm