الفلك

ما الذي يجب أن تكون كتلة كوكب ما لكي تكون سرعة إفلاته قريبة من سرعة الضوء؟

ما الذي يجب أن تكون كتلة كوكب ما لكي تكون سرعة إفلاته قريبة من سرعة الضوء؟

ما الذي يجب أن تكون كتلة كوكب ما حتى تكون سرعة هروبه هي سرعة الضوء؟ هل هذا ممكن؟ كيف سيبدو من عارض خارجي؟ هل سيكون مرئيًا حتى في طيف العين البشرية؟


كما يقولKeithMcClary في تعليقه ، تعتمد سرعة الهروب على كل من الكتلة ونصف القطر. كلما كان نصف قطر كتلة معينة أصغر كلما زادت سرعة الهروب. لذا إذا أمكنك ضغط الأرض بطريقة ما حتى يصبح عرضها بضعة سنتيمترات فقط ، فإن سرعة هروبها ستقترب من سرعة الضوء.

على الطرف الآخر ، إذا قمت بملء مساحة ضعف قطر مدار الأرض بنسخ من الأرض ، دون القيام بأي ضغط على الإطلاق ، فسيكون بالفعل ثقبًا أسود.

إذا قمت بتكديس المادة على كوكب وتركت جاذبيته تضغط عليه ، فأنت بحاجة إلى كتلتين شمسيتين قبل أن يقترب من كونه ثقبًا أسود (عند هذه النقطة يكون قطره 10-20 كم).


يمكن تحديد سرعة الهروب بواسطة

$$ v = sqrt { frac {2GM} {r}} tag {1} $$

أين $ v $ هي سرعة الهروب ، $ r $ هي المسافة من الكتلة (في حالة الكوكب ، الحد الأدنى للمسافة هو نصف قطر الكوكب) ، مليون دولار هي الكتلة و $ G $ هو ثابت الجاذبية لنيوتن.

إذا كان يجب أن يكون للكوكب سرعة فائقة من سرعة الضوء ، فيجب أن يكون كثيفًا جدًا بحيث يتعين عليك التفكير في التأثيرات النسبية. في النسبية العامة ، نصف قطر شفارتزشيلد للثقب الأسود (هذا الشعاع هو المسافة التي تساوي سرعة الهروب عندها $ c $، وهو بالضبط ما تريده) موصوف من قبل:

$$ r = frac {2GM} {c ^ 2} tag {2} $$

التي يمكن حلها ل $ م $:

$$ M = frac {rc ^ 2} {2G} tag {3} $$

لذلك إذا كان لديك نصف قطر ثابت للكتلة ، فيمكنك بسهولة حساب المعلمة المفقودة باستخدام هذه المعادلات.

المشكلة ، كما ذكرنا سابقًا ، هي أنه لكي يكون لكوكب (أو أي جسم آخر) سرعة إفلات من سرعة الضوء ، يجب أن يكون كثيفًا للغاية. في الواقع ، إذا كان كثيفًا بدرجة كافية $ v_ {esc} = c $، الجسم عبارة عن ثقب أسود (فكر في الأمر - أفق الحدث للثقب الأسود إذا كانت المسافة التي تكون فيها سرعة الهروب مساوية لسرعة الضوء ، لذلك لا يمكن لأي شيء يتجاوز هذا الأفق الهروب لأنه يتطلب سرعة أكبر من $ c $).


صيغة Escape Velocity

سرعة الهروب هي السرعة الدنيا المطلوبة لمغادرة كوكب أو قمر. لكي يترك صاروخ أو جسم آخر كوكبًا ، يجب أن يتغلب على قوة الجاذبية. تحتوي معادلة سرعة الهروب على ثابت ، جي، وهو ما يسمى "ثابت الجاذبية العالمي". قيمتها . وحدة سرعة الهروب متر في الثانية (آنسة).

سرعة الهروب (آنسة)

جي = ثابت الجاذبية العام ()

م = كتلة الكوكب أو القمر (كلغ)

ص = نصف قطر الكوكب أو القمر (م)

أسئلة صيغة Escape Velocity:

1) نصف قطر الأرض 6.38 × 10 6 م، وكتلة الأرض 5.98 × 10 24 كلغ. ما هي سرعة الهروب من الأرض؟

الجواب: يمكن إيجاد سرعة الهروب من الأرض باستخدام الصيغة:

11184 آنسة

سرعة الهروب من الأرض هي 11184 آنسة، أو ما يقرب من 11.2كم / ثانية.

2) لمغادرة القمر ، كان على رواد فضاء أبولو الإقلاع في الوحدة القمرية والوصول إلى سرعة الهروب من القمر. نصف قطر القمر 1.74 × 10 6 م، وكتلة القمر 7.35 × 10 22 كلغ. ما السرعة التي يجب أن يصلها نيل أرمسترونج وباز ألدرين في المركبة القمرية لمغادرة القمر؟

الجواب: يمكن إيجاد سرعة الهروب من القمر باستخدام الصيغة:

2374 آنسة

سرعة الهروب من القمر 2374 آنسة، أو ما يقرب من 2.37 كم / ثانية.


السرعة اللازمة للهروب من الأرض (سرعة الهروب)

السفر إلى الفضاء شيء قد نأخذه الآن كأمر مسلم به ، ولكن هناك العديد من العوامل التي يجب أن ننظر فيها أولاً. شيء واحد علينا القيام به هو التغلب على قوة الجاذبية التي تثقل كاهلنا.

يجب أن نسير بسرعة عالية جدًا ، لكن إلى أي مدى؟ يمكن حساب سرعة الهروب ، باعتبارها السرعة الدنيا التي تسمح لجسم صغير بالهروب من جسم آخر ، باستخدام الصيغة v = sqrt (2Gm / r) ، حيث G هو ثابت الجاذبية ، و r هي المسافة من مركز كتلة الجسم م. تم اشتقاق هذه الصيغة باستخدام فكرة الحفاظ على الطاقة ، حيث يساوي مجموع الطاقة الحركية وطاقة الجاذبية لجسم ما الطاقة عند أقصى ارتفاع.

(+ K) + (-U) [Earth] = K + U = 0 [في Infinity]

ك = -U
& # 0189mv 2 = GMm / r
الخامس = الجذر التربيعي (2 جم / ص)

بالنسبة للأرض ، تبلغ هذه السرعة 11.2 كيلومترًا في الثانية أو 25950 ميلًا في الساعة.

ألم نرغب جميعًا في الهروب من الأرض في وقت أو آخر في حياتنا؟ حسنًا ، للقيام بذلك ، يجب أن تمضي بسرعة كبيرة. السرعة اللازمة للهروب من الأرض أو & quotescape speed & quot هي حوالي 11200 متر في الثانية أو 7 أميال في الثانية. فكر عندما ترمي شيئًا في الهواء. يجب أن يعود بسبب جاذبية الأرض ، أليس كذلك؟ حسنًا ، نعم ، ما لم تقم برميها بسرعة كافية ، وهو أمر غير مرجح للغاية بغض النظر عن السرعة التي تعتقد أنها & quot ؛ & quot ؛ كرة سريعة & quot. والأكثر شيوعًا أن الأشياء التي تفلت من الأرض هي صواريخ تطلقها وكالات الفضاء لاستكشاف الفضاء. بالسرعة الكافية ، يمكن للصاروخ أن يهرب حتى من جاذبية الشمس ويخرج خارج النظام الشمسي.

كان أول جسم اصطناعي هرب من جاذبية الأرض في أغسطس عام 1957. وكان الجسم عبارة عن غطاء عمود منجم أرسل إلى الفضاء عن طريق انفجار تجريبي لجهاز نووي. تم إرساله في ولاية نيفادا. دوران الأرض له علاقة كبيرة بسرعة الهروب. هذا هو السبب في أن ولاية نيفادا كانت على الأرجح موقعًا اختباريًا بدلاً من القطب الشمالي أو الجنوبي. عندما يقترب الجسم من خط الاستواء ، تتم إضافة حوالي 436 مترًا في الثانية إلى السرعة. لا يبدو الأمر كثيرًا عندما تنظر إلى السرعة الإجمالية ، لكن صدقني ، إنها تساعد.

صيغة إيجاد سرعة الهروب هي v = sqrt (2GM / r). M هي كتلة الأرض ، و G هي ثابت الجاذبية ، و r نصف قطر الأرض ، و v هي سرعة الهروب. ليس بقدر ما كنت تعتقد ، الآن هناك؟


يجب أن يصل أي جسم ، سواء كان قمرًا فضائيًا أو جزيئًا ، إلى سرعة تصاعدية أولية لا تقل عن 11.2 كم / ثانية من أجل الهروب من جاذبية الأرض. ماذا ستكون الطاقة الحركية بالجول لقمر صناعي يزن 2337 رطلاً

يتم إطلاق قذيفة مباشرة من سطح الأرض. إهمال دوران الأرض. (أ) كمضاعف نصف قطر الأرض RE ، ما هي المسافة الشعاعية التي يصل إليها المقذوف إذا كانت سرعته الأولية تساوي خمس سرعة الهروب من الأرض؟ ____ مرات RE


اشتقاق سرعة الهروب

افترض أن الكوكب هو كرة نصف قطرها مثالية ص وجود كتلة م. دع جسمًا من الكتلة م هو أن يُسقط من النقطة أ على سطح الأرض & # 8217s كما هو موضح في الشكل. انضم OA وإنتاجها أكثر. دعونا نأخذ نقطتين ص و س التي هي على مسافات x و (x + dx) من مركز الأرض.

لحساب سرعة هروب الأرض ، دع الحد الأدنى للسرعة للهروب من سطح الأرض يكون الخامسه. ثم الطاقة الحركية لجسم الكتلة م هو

عندما يكون الكائن المسقط عند النقطة ص وهو على مسافة x من مركز الأرض ، تكون قوة الجاذبية بين الجسم والأرض

الشغل المبذول في أخذ الجسم من الجاذبية ضد الجاذبية ص ل س اعطي من قبل

يمكن حساب المقدار الإجمالي للعمل المنجز في أخذ الجسم ضد التجاذب الثقالي من سطح الأرض إلى اللانهاية من خلال دمج المعادلة أعلاه ضمن الحدود x = ص ل x = . ومن ثم ، فإن إجمالي العمل المنجز هو

لكي يهرب الكائن من سطح الأرض & # 8217s ، يجب أن تكون الطاقة الحركية المعطاة مساوية للشغل المبذول ضد الجاذبية المنتقلة من سطح الأرض & # 8217s إلى اللانهاية ، وبالتالي

ك. يجب أن يكون حجم الكائن مساويًا لحجم P.E.

توضح العلاقة أن سرعة إفلات جسم ما لا تعتمد على كتلة الجسم المسقط ولكن فقط على كتلة ونصف قطر الكوكب الذي تم إسقاطه منه.


سرعة الهروب من الثقب الأسود

يتم الحصول على معادلة سرعة الهروب من الثقب الأسود عن طريق استبدال سرعة الضوء في معادلة سرعة الهروب القياسية.

معادلة سرعة الهروب القياسية

معادلة سرعة الهروب القياسية لجسم صغير من جرم سماوي هي:

  • الخامسه هي سرعة الهروب بالكيلومترات / ثانية (كم / ث)
  • جي ثابت الجاذبية العالمي = 6.674 * 10 & ناقص 20 كم 3 / كجم-ث 2
  • م هي كتلة الشمس أو النجم بالكيلوجرام (كجم)
  • ص هي المسافة الفاصلة بين مركز الشمس ومركز الجسم بالكيلومتر

ملحوظة: الخامسه سلبي ، لأن الاتجاه بعيد عن مركز الجسم السماوي. أيضا ، منذ ذلك الحين الخامسه بالكيلومتر / ثانية ، جي مذكور في km 3 / kg-s 2 و ص بالكيلومترات.

معادلة الثقب الأسود

إذا تم ضغط كتلة النجم إلى مثل هذا الحجم الصغير أو الكثافة العالية بحيث كان حجم سرعة الهروب أكبر من سرعة الضوء ، فلن تتمكن أي جسيمات أو أشياء مسقطة لأعلى من سطحه من الإفلات من الجاذبية:

  • سه هي سرعة الهروب أو حجمه الخامسه
  • ج هي سرعة الضوء في الفراغ = 2.997 * 10 5 كم / ث

أثبت أينشتاين في كتابه نظرية النسبية العامة هذا الضوء يتأثر بالجاذبية. هذا يعني أنه حتى الموجات الضوئية أو الكهرومغناطيسية لا يمكنها الهروب من الثقب الأسود.

وبالتالي ، فإن معادلة سرعة الهروب للثقب الأسود هي:

هذه المعادلة تعني أنه عندما تكون قيم م و ص لجسم سماوي من هذا القبيل & راديك (2 جم / ص) أكبر من سرعة الضوء ، فلا شيء يستطيع الهروب من الجسم و مدشنو حتى الضوء.


تحديات برنامج الطيران الفضائي الفضائي: الهروب من الأرض الفائقة ونجوم القزم الحمراء

منذ بداية عصر الفضاء ، اعتمد البشر على الصواريخ الكيميائية للوصول إلى الفضاء. في حين أن هذه الطريقة فعالة بالتأكيد ، فهي أيضًا باهظة الثمن وتتطلب قدرًا كبيرًا من الموارد. بينما نتطلع إلى وسائل أكثر فاعلية للخروج إلى الفضاء ، يتعين على المرء أن يتساءل عما إذا كانت الأنواع المتقدمة بالمثل على الكواكب الأخرى (حيث تكون الظروف مختلفة) ستعتمد على أساليب مماثلة.

تناول كل من البروفيسور بجامعة هارفارد أبراهام لوب ومايكل هيبك ، الباحث المستقل التابع لمرصد Sonneberg ، هذا السؤال في ورقتين تم إصدارهما مؤخرًا & # 8211. بينما ينظر البروفيسور لوب إلى التحديات التي قد تواجهها الكائنات الفضائية خارج الأرض عند إطلاق صواريخ من Proxima b ، يفكر هيبك فيما إذا كان بإمكان الكائنات الفضائية التي تعيش على الأرض العملاقة الوصول إلى الفضاء.

الأوراق المبلطة & # 8220Interstellar Escape من Proxima b هي بالكاد ممكنة مع Chemical Rockets & # 8221 و & # 8220 Spaceflight من Super-Earth صعبة & # 8221 ظهرت مؤخرًا على الإنترنت ، وتم تأليفها من قبل البروفيسور لوب وهيبك ، على التوالي. في حين يتصدى لوب لتحديات الصواريخ الكيميائية التي تفلت من بروكسيما ب ، يفكر هيبك فيما إذا كانت الصواريخ نفسها قادرة على تحقيق سرعة الإفلات على الإطلاق أم لا.

انطباع الفنان عن Proxima b ، والذي تم اكتشافه باستخدام طريقة Radial Velocity. الائتمان: ESO / M. كورنميسر

من أجل دراسته ، فكر لوب في كيف أننا بشر محظوظون بما يكفي للعيش على كوكب مناسب تمامًا لعمليات الإطلاق في الفضاء. بشكل أساسي ، إذا كان على صاروخ أن يهرب من سطح الأرض ويصل إلى الفضاء ، فإنه يحتاج إلى تحقيق سرعة هروب تبلغ 11.186 كم / ث (40.270 كم / ساعة و 25.020 ميلاً في الساعة). وبالمثل ، فإن سرعة الهروب اللازمة للابتعاد عن موقع الأرض حول الشمس تبلغ حوالي 42 كم / ث (151200 كم / س 93951 ميل في الساعة).

كما قال البروفيسور لوب لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني:

& # 8220 الدفع الكيميائي يتطلب كتلة وقود تنمو باطراد مع السرعة النهائية. من قبيل المصادفة أن سرعة الهروب من مدار الأرض حول الشمس هي في حدود السرعة التي يمكن بلوغها بواسطة الصواريخ الكيميائية. لكن المنطقة الصالحة للسكن حول النجوم الخافتة هي أقرب إليها ، مما يجعل الأمر أكثر صعوبة بالنسبة للصواريخ الكيميائية للهروب من حفرة الجاذبية العميقة هناك. & # 8221

كما يشير لوب في مقالته ، فإن سرعة الهروب تتدرج كجذر تربيعي للكتلة النجمية على المسافة من النجم ، مما يعني أن سرعة الهروب من المنطقة الصالحة للسكن تقيس عكسيًا مع الكتلة النجمية إلى قوة الربع. بالنسبة للكواكب مثل الأرض ، التي تدور داخل المنطقة الصالحة للسكن لنجم من النوع G (قزم أصفر) مثل شمسنا ، فإن هذا يعمل لفترة طويلة.

يقارن مخطط المعلومات هذا مدار الكوكب حول Proxima Centauri (Proxima b) مع نفس المنطقة من النظام الشمسي. الائتمان: شاحب ريد دوت

لسوء الحظ ، هذا لا يعمل بشكل جيد مع الكواكب الأرضية التي تدور حول النجوم ذات الكتلة المنخفضة من النوع M (القزم الأحمر). هذه النجوم هي النوع الأكثر شيوعًا في الكون ، حيث تمثل 75٪ من النجوم في مجرة ​​درب التبانة وحدها. بالإضافة إلى ذلك ، اكتشفت الدراسات الاستقصائية الأخيرة للكواكب الخارجية عددًا كبيرًا من الكواكب الصخرية التي تدور حول أنظمة النجوم القزمة الحمراء ، حيث يغامر بعض العلماء بأنهم المكان الأكثر احتمالية للعثور على الكواكب الصخرية التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن.

باستخدام أقرب نجم إلى نجمنا كمثال (Proxima Centauri) ، يشرح لوب كيف أن صاروخًا يستخدم دافعًا كيميائيًا سيواجه صعوبة أكبر في تحقيق سرعة الهروب من كوكب يقع داخل المنطقة الصالحة للسكن # 8217s.

& # 8220 أقرب نجم إلى الشمس ، Proxima Centauri ، هو مثال لنجم خافت بنسبة 12 ٪ فقط من كتلة الشمس ، & # 8221 قال. & # 8220 قبل عامين ، تم اكتشاف أن هذا النجم له كوكب بحجم الأرض ، Proxima b ، في منطقته الصالحة للسكن ، وهو أقرب 20 مرة من انفصال الأرض عن الشمس. في هذا الموقع ، تكون سرعة الهروب أكبر بنسبة 50٪ من سرعة الهروب من مدار الأرض حول الشمس. ستجد حضارة على Proxima b صعوبة في الهروب من موقعها إلى الفضاء بين النجوم بالصواريخ الكيميائية. & # 8221

من ناحية أخرى ، تبدأ ورقة Hippke & # 8217s بالنظر إلى أن الأرض قد لا تكون في الواقع أكثر أنواع الكواكب الصالحة للسكن في الكون. على سبيل المثال ، سيكون للكواكب الأكبر حجمًا من الأرض جاذبية سطحية أعلى ، مما يعني أنها ستكون قادرة على التمسك بجو أكثر سمكًا ، مما يوفر حماية أكبر ضد الأشعة الكونية الضارة والإشعاع الشمسي.

انطباع الفنانين عن كوكب الأرض العملاق ، وهو فئة من الكواكب تبلغ كتلتها أضعاف كتلة الأرض ، ولكنها أقل من كوكب أورانوس أو كوكب بحجم نبتون. حقوق الصورة: NASA / Ames / JPL-Caltech

بالإضافة إلى ذلك ، فإن كوكبًا ذا جاذبية أعلى سيكون له تضاريس مسطحة ، مما يؤدي إلى أرخبيل بدلاً من القارات والمحيطات الضحلة & # 8211 وضعًا مثاليًا فيما يتعلق بالتنوع البيولوجي. ومع ذلك ، عندما يتعلق الأمر بإطلاق الصواريخ ، فإن زيادة الجاذبية السطحية تعني أيضًا سرعة هروب أعلى. كما أشار Hippke في دراسته:

& # 8220 الصواريخ تعاني من معادلة Tsiolkovsky (1903): إذا كان الصاروخ يحمل وقودًا خاصًا به ، فإن نسبة الكتلة الكلية للصاروخ مقابل السرعة النهائية هي دالة أسية ، مما يجعل السرعات العالية (أو الحمولات الثقيلة) باهظة التكلفة بشكل متزايد. & # 8221

للمقارنة ، يستخدم Hippke Kepler-20 b ، وهو سوبر إيرث يقع على بعد 950 سنة ضوئية أي 1.6 مرة نصف قطر الأرض & # 8217s وكتلة 9.7 مرة. في حين أن سرعة الهروب من الأرض تبلغ حوالي 11 كم / ثانية ، فإن أي صاروخ يحاول ترك سوبر إيرث شبيه بـ Kepler-20 b سيحتاج إلى تحقيق سرعة إفلات تبلغ

27.1 كم / ثانية. نتيجة لذلك ، سيتعين على صاروخ أحادي المرحلة على Kepler-20 b أن يحرق 104 أضعاف كمية الوقود التي يحرقها صاروخ على الأرض للوصول إلى المدار.

لوضعها في منظورها الصحيح ، يعتبر Hippke حمولات محددة يتم إطلاقها من الأرض. & # 8220 لرفع حمولة أكثر فائدة تبلغ 6.2 طن كما هو مطلوب لتلسكوب جيمس ويب الفضائي على كبلر -20 ب ، ستزيد كتلة الوقود إلى 55000 طن ، أي ما يعادل كتلة أكبر بوارج في المحيط ، & # 8221 يكتب. & # 8220 بالنسبة لمهمة أبولو القمرية الكلاسيكية (45 طنًا) ، يجب أن يكون الصاروخ أكبر بكثير ،

تهدف مبادرة Project Starshot ، التي ترعاها مؤسسة Breakthrough Foundation ، إلى أن تكون أول رحلة إنسانية بين النجوم # 8217. الائتمان: اختراق اختراق

بينما يخلص تحليل Hippke & # 8217s إلى أن الصواريخ الكيميائية ستظل تسمح بسرعات الهروب على الأرض الفائقة حتى 10 كتل من كتل الأرض ، فإن كمية الوقود اللازمة تجعل هذه الطريقة غير عملية. كما أشار هيبك ، قد يكون لهذا تأثير خطير على تطور الحضارة الفضائية.

& # 8220 أنا مندهش من رؤية مدى قربنا كبشر من أن ينتهي بنا المطاف على كوكب لا يزال خفيف الوزن إلى حد معقول للقيام برحلة فضائية ، & # 8221 قال. & # 8220 الحضارات الأخرى ، إن وجدت ، قد لا تكون محظوظة. على الكواكب الأكثر ضخامة ، ستكون رحلة الفضاء أكثر تكلفة بشكل كبير. لن يكون لمثل هذه الحضارات قنوات فضائية أو مهمة قمرية أو تلسكوب هابل الفضائي. يجب أن يغير هذا طريقة تطويرهم بطرق معينة يمكننا الآن تحليلها بمزيد من التفصيل. & # 8221

تقدم هاتان الورقتان بعض الآثار الواضحة عندما يتعلق الأمر بالبحث عن ذكاء خارج الأرض (SETI). بالنسبة للمبتدئين ، فهذا يعني أن الحضارات على الكواكب التي تدور حول النجوم القزمة الحمراء أو الكواكب الفائقة من غير المرجح أن تكون في الفضاء ، مما يجعل اكتشافها أكثر صعوبة. كما يشير إلى أنه عندما يتعلق الأمر بأنواع الدفع التي تعرفها البشرية ، فقد نكون أقلية.

& # 8220 تشير النتائج المذكورة أعلاه إلى أن الدفع الكيميائي له فائدة محدودة ، لذلك سيكون من المنطقي البحث عن الإشارات المرتبطة بأضواء الأضواء أو المحركات النووية ، خاصة بالقرب من النجوم القزمة ، & # 8221 قال لوب. & # 8220 ولكن هناك أيضًا آثار مثيرة للاهتمام على مستقبل حضارتنا. & # 8221

مفهوم الفنان & # 8217s لصاروخ نووي ثنائي النسق يقوم برحلة إلى القمر والمريخ ووجهات أخرى في النظام الشمسي. الائتمان: ناسا

& # 8220 إحدى نتائج الورقة هي استعمار الفضاء و SETI ، & # 8221 أضاف Hippke. & # 8220Civs من الأرض الفائقة أقل احتمالا لاستكشاف النجوم. بدلاً من ذلك ، سيكونون (إلى حد ما) & # 8220arrested & # 8221 على كوكبهم الأصلي ، وعلى سبيل المثال استفد أكثر من الليزر أو التلسكوبات الراديوية للاتصال بين النجوم بدلاً من إرسال المجسات أو سفن الفضاء. & # 8221

ومع ذلك ، لاحظ كل من Loeb و Hippke أيضًا أن الحضارات خارج الأرض يمكن أن تواجه هذه التحديات من خلال اعتماد طرق أخرى للدفع. في النهاية ، قد يكون الدفع الكيميائي شيئًا يتبناه عدد قليل من الأنواع المتقدمة تقنيًا لأنه ببساطة غير عملي بالنسبة لهم. كما أوضح لوب:

& # 8220 يمكن لحضارة متقدمة خارج كوكب الأرض استخدام طرق دفع أخرى ، مثل المحركات النووية أو الأعمدة الضوئية التي لا تقيدها نفس قيود الدفع الكيميائي ويمكن أن تصل إلى سرعات تصل إلى عُشر سرعة الضوء. تقوم حضارتنا حاليًا بتطوير تقنيات الدفع البديلة هذه ولكن هذه الجهود لا تزال في مهدها. & # 8221

أحد الأمثلة على ذلك هو Breakthrough Starshot ، الذي يتم تطويره حاليًا بواسطة مؤسسة Breakthrough Prize Foundation (التي يرأسها لوب اللجنة الاستشارية). تهدف هذه المبادرة إلى استخدام شراع ضوئي يحركه الليزر لتسريع مركبة نانوية تصل سرعتها إلى 20٪ من سرعة الضوء ، مما سيسمح لها بالسفر إلى بروكسيما سنتوري في غضون 20 عامًا فقط.

انطباع الفنان عن الكواكب الخارجية الصخرية التي تدور حول Gliese 832 ، وهو نجم قزم أحمر على بعد 16 سنة ضوئية فقط من الأرض. الائتمان: ESO / M. كورنميسر / ن. Risinger (skysurvey.org).

وبالمثل ، يعتبر هيبك أن الصواريخ النووية احتمال قابل للتطبيق ، لأن زيادة الجاذبية السطحية تعني أيضًا أن المصاعد الفضائية ستكون غير عملية. وأشار لوب أيضًا إلى أن القيود التي تفرضها الكواكب حول النجوم ذات الكتلة المنخفضة يمكن أن يكون لها تداعيات عندما يحاول البشر استعمار الكون المعروف:

& # 8220 عندما تسخن الشمس بدرجة كافية لغلي كل الماء من على وجه الأرض ، يمكننا الانتقال إلى منزل جديد بحلول ذلك الوقت. قد تكون بعض أكثر الوجهات المرغوبة هي أنظمة الكواكب المتعددة حول النجوم ذات الكتلة المنخفضة ، مثل النجم القزم القريب TRAPPIST-1 الذي يزن 9٪ من كتلة الشمس ويستضيف سبعة كواكب بحجم الأرض. بمجرد أن نصل إلى المنطقة الصالحة للسكن في TRAPPIST-1 ، لن يكون هناك اندفاع للهروب. تحرق مثل هذه النجوم الهيدروجين ببطء شديد لدرجة أنها يمكن أن تبقينا دافئًا لمدة عشرة تريليونات سنة ، أي حوالي ألف مرة أطول من عمر الشمس. & # 8221

ولكن في غضون ذلك ، يمكننا أن نرتاح بسهولة في معرفة أننا نعيش على كوكب صالح للسكن حول نجم قزم أصفر ، والذي لا يوفر لنا الحياة فحسب ، بل يوفر لنا القدرة على الخروج إلى الفضاء والاستكشاف. كما هو الحال دائمًا ، عندما يتعلق الأمر بالبحث عن علامات على وجود حياة خارج الأرض في كوننا ، فنحن البشر مجبرون على اتباع نهج الفاكهة المعلقة & # 8220low & # 8221.

في الأساس ، الكوكب الوحيد الذي نعرفه يدعم الحياة هو الأرض ، والوسيلة الوحيدة لاستكشاف الفضاء التي نعرف كيف نبحث عنها هي تلك التي جربناها واختبرناها بأنفسنا. نتيجة لذلك ، نحن مقيدون إلى حد ما عندما يتعلق الأمر بالبحث عن البصمات الحيوية (مثل الكواكب ذات الماء السائل والأكسجين والأجواء النيتروجينية ، وما إلى ذلك) أو البصمات التقنية (مثل الإرسال اللاسلكي ، والصواريخ الكيميائية ، وما إلى ذلك).

نظرًا لتزايد فهمنا للظروف التي يمكن أن تظهر الحياة في ظلها ، والتقدم التكنولوجي الخاص بنا ، سيكون لدينا المزيد لننتبه إليه. ونأمل ، على الرغم من التحديات الإضافية التي قد تواجهها ، أن الحياة خارج الأرض سوف تبحث عنا!

كما نُشر مقال الأستاذ لوب & # 8217s مؤخرًا في مجلة Scientific American.


6 إجابات 6

إذا لم يذهب محمد إلى الجبل ، يجب أن يأتي الجبل إلى محمد.

إن فكرتك في الحصول على درجة حرارة أعلى جيدة ، فالحيوانات حساسة للتغير الطفيف في درجات الحرارة ، لكنك لست بحاجة إلى الاقتراب من النجم للتخلص منها.

انظر ، الجو الذي لديك حول جسمك الصخري يبقيك دافئًا في برودة الفضاء. فقط العب بها واهدأ قليلاً. تحتاج إلى التحكم في البراكين الخاصة بك لإخراج الكثير من الغازات والرماد ، وهذا سيفي بالغرض.

ربما لا تتذكر ، ولكن عندما كنت صغيرًا كنت تفعل ذلك بالفعل:

قد يكون إطلاق الغازات البركانية ، وخاصة ثاني أكسيد الكبريت ، أثناء تكوين المصائد قد ساهم في تغير المناخ. تشير البيانات إلى انخفاض متوسط ​​في درجة الحرارة بحوالي 2 درجة مئوية (3.6 درجة فهرنهايت) في هذه الفترة.

بسبب حجمها ، تكهن العلماء بأن الغازات المنبعثة أثناء تكوين مصائد ديكان لعبت دورًا رئيسيًا في حدث الانقراض الطباشيري-الباليوجيني (K-Pg) (المعروف أيضًا باسم انقراض العصر الطباشيري-العالي أو انقراض K-T). تم الافتراض بأن التبريد المفاجئ بسبب الغازات البركانية الكبريتية المنبعثة من تكوين المصائد وانبعاثات الغازات السامة قد تكون قد ساهمت بشكل كبير في الانقراض الجماعي K-Pg ، بالإضافة إلى الانقراضات الجماعية الأخرى. ومع ذلك ، فإن الإجماع الحالي بين الأوساط العلمية هو أن الانقراض كان سببًا في المقام الأول لحدث تأثير Chicxulub في أمريكا الشمالية ، والذي كان من شأنه أن ينتج سحابة غبار تحجب أشعة الشمس وتقتل الكثير من حياة النبات وتخفض درجة الحرارة العالمية (هذا التبريد هو يسمى تأثير الشتاء)

في هذه الحالة ، ساعدك ذلك الرجل الذكي الذي ألقى كرة عليك ، ولكن إذا لعبت بقوة كافية ببراكينك فقط ، يمكنك فعل ذلك مرة أخرى.

على سبيل المكافأة ، لن تفقد أي كتلة.

إذن أنت كوكب صخري بنواة منصهرة وتريد التحرك؟

حسنًا إذن ، أنت فقط بحاجة إلى بركان كبير بما يكفي وتذهب ، أي بركان كبير بما يكفي سيفي بالغرض.

تحتاج إلى وقت الانفجارات لدورانك (إذا كان لديك أي منها) لتجنب السير في الاتجاه الخاطئ.

قد تواجه بعض فقدان الوزن.

أو بالأحرى (بالنسبة لأولئك الذين لا يفهمون المفارقة عندما يرونها) ستختبر بعض فقدان الوزن ، وهذا الكثير من الصهارة والغازات التي تقذفها في الفضاء.

هذا أمر لا مفر منه ، ما لم يمنحك شخص آخر دفعة ، فلا توجد طريقة أخرى للتحرك في الفضاء ، واقبل تطبيق قاعدة العمل المعاكس والمساواة عن طريق التخلص من الأشياء بعيدًا عنك.

وهذا يعني التخلص من الكتلة مهما كان الدافع الذي تستخدمه ، فإن الشيء الوحيد الذي لديك هو أنت.

بالطبع ، هناك طرق أخرى أسهل بكثير لتغيير درجة حرارة سطحك والتي لا تنطوي على أي فقدان للوزن .. فقط قم بإخراج الغازات من البراكين بشكل أقل نشاطًا (حتى لا تضع أي كتلة) وستزيد سماكة الغلاف الجوي أسلوب الاحتباس الحراري ، أو ضخ كميات كبيرة من الرماد في الغلاف الجوي لتظليل السطح ويمكن أن يكون لديك عصر جليدي لقتلهم.

أود أن أعرف كيف يتعامل كوكبك مع العمليات اللازمة للقيام بأي من هذا

& quot ؛ التحول حول مركز كتلة الكوكب لتغيير مداره (تدريجيًا) & quot لن ينجح. على الاطلاق.

ربما إذا قمت بثني عضلات المجال المغناطيسي ، يمكنك التفاعل مع الشمس ، أو المجال المغناطيسي لكوكب آخر.

ولكن إذا كنت تريد حقًا التخلص من الأشياء الرديئة على سطحك ، فما عليك سوى إعادة تدوير السطح! سوف يزيل القليل من الفلكنة أن العدوى على الفور! وكمكافأة ، ستشكل قريبًا حقول بازلتية لامعة جديدة لمحو حتى آخر آثار الحشرات من بشرتك.

هناك طريقتان يمكن للكوكب أن يتحرك بها دون أن يبني لنفسه محرك رد فعل كبير (صاروخ). ومع ذلك ، فإن مدى فعاليتها يعتمد على تفاصيل غير محددة للكوكب والنظام الشمسي.

(1) تأثير Yarkovsky هو تفاعل بين ضوء الشمس ودوران الكوكب مما ينتج عنه دفع صافي. (وهذا ما تقوله ويكيبيديا.) بشكل أساسي ، الجانب النهاري من الكوكب يكون أكثر سخونة من الجانب الليلي وينبعث المزيد من الأشعة تحت الحمراء مما ينتج قوة دفع صغيرة ولكنها حقيقية جدًا بعيدًا عن الشمس مباشرة. إذا كان أقطاب كوكب ما بعيدًا عن مستواه المداري ، فإن الدوران يزيح الجانب الساخن في اتجاه الدوران وسيؤدي الدفع من الأشعة تحت الحمراء الإضافية الآن إلى تسريع أو إبطاء الكوكب وتغيير مداره.

يعتبر تأثير Yarkovsky أكثر أهمية بالنسبة للأجسام الأصغر التي ترتبط ارتباطًا مباشرًا بمساحة السطح وسرعة الدوران وترتبط عكسيًا بالكتلة. لكن بالنسبة للكويكبات متوسطة الحجم ، يعد هذا تأثيرًا كبيرًا يجب أن نأخذه في الاعتبار في نظامنا الشمسي. (ستكون عملية بطيئة جدًا لكوكب بحجم الأرض).

يجب أن يكون الكائن الكوكبي قادرًا على محاكاة YE عن طريق تحريك غلافه الجوي أو تغيير لونه الصخري وبالتالي تحويل مركز درجة الحرارة بعيدًا عن النقطة الشمسية الفرعية أو عن طريق تغيير الانعكاس / الانبعاث الجوي. النقطة الأساسية هي إبقاء النقطة الأكثر سخونة بعيدًا عن المركز من الجانب الأيمن.

قد تكون هذه عملية بطيئة ، لكن الكواكب طويلة العمر.

(2) بالحديث عن العمر الطويل ، هناك أيضًا شبكة النقل بين الكواكب

(إنها موجودة بالفعل!) إن شبكة النقل بين الكواكب هي ظاهرة خفية تنتجها حقول الجاذبية المركبة للكواكب. إنها مجموعة متغيرة باستمرار من المسارات التي تربط نقاط لاغرانج ببعضها البعض وحيث يمكن لأي جسم - أي جسم من أي كتلة - أن يتحرك بنفقات طفيفة جدًا من الطاقة.

(لا يوجد انتهاك للحفاظ على الطاقة - تُسرق الطاقة من الكواكب الأخرى عن طريق مساعدات الجاذبية على نطاق صغير).

المشكلة الحقيقية الوحيدة هي أنه إذا كان الجسم المتحرك كبيرًا ، فإن كتلته تؤثر على مسارات الناموسيات المعالجة بمبيدات الحشرات ، ولكن يمكن بالتأكيد أخذ ذلك في الاعتبار. (ل نحن هناك مسكتك ثان - ITN هو بطيء، مما يجعلها غير عملية للعديد من الاستخدامات. لكن من أجل كوكب؟ لا مشكلة.)

بدمج # 1 و # 2 ، لا أرى أي سبب لعدم تمكن كوكب حي به غلاف جوي في نظام شمسي مع كواكب أخرى موجودة من تحريك نفسه أينما أراد إعطاء وقت كافٍ.


ما هو Earth & # 8217s Escape Velocity؟

سرعة هروب الأرض 11.186 كم / ث. لذلك ، إذا سافر جسم حر بهذه السرعة ، يمكن أن ينفصل عن جاذبية الأرض إلى الفضاء الخارجي.

يرتبط تكوين الغلاف الجوي بسرعة الهروب. على سبيل المثال ، تفقد الأرض غازات مثل الهيدروجين والهيليوم لأنها ليست كبيرة بما يكفي للاحتفاظ بها.

لكن كوكب المشتري وزحل وأورانوس يتمسكون بشدة بهذه الغازات لأنها أكبر حجمًا. في الواقع ، الغلاف الجوي الخاص بهم هو في الغالب هذه الغازات.

تتبادل الأرض القليل من الخارج ومن الخارج


الأرض شبه نظام مغلق. نفقد بعض الهيدروجين والهيليوم من الغلاف الجوي بسبب سرعة إفلاته.

علاوة على ذلك ، نحصل على ضربة نيزك من حين لآخر. لكن بشكل عام ، تعتبر الأرض نظامًا مغلقًا لأنها لا تتبادل المادة من أو إلى الخارج.

الأرض تتبادل الطاقة بسبب الإشعاع الشمسي الوارد. تقوم الشمس دائمًا بتسخين محيطها. لكن القليل من المادة تترك الأرض أو تدخلها.

السبب وراء تكوين الغلاف الجوي للأرض هو في الغالب النيتروجين والأكسجين وثاني أكسيد الكربون (CO2) لأن سرعتها الحركية أبطأ من سرعة إفلات الأرض.

تذكر أنه عندما تزداد مستويات ثاني أكسيد الكربون أو تنقص في الغلاف الجوي ، فإنها لا تفلت من الأرض فعليًا. بدلاً من ذلك ، تمتص المحيطات ثاني أكسيد الكربون2 مثل الإسفنج من عملية التمثيل الضوئي للكتلة الحيوية.

كوكب الزهرة له سرعة هروب مماثلة للأرض

كوكب الزهرة بحجم مشابه للأرض. لذلك ، فإن سرعة هروبها قريبة جدًا عند 10.36 كم / ثانية على التوالي.

ولكن إذا قارنت الغلاف الجوي للأرض ، فإن كوكب الزهرة والمريخ يمثلان حوالي 95٪ من ثاني أكسيد الكربون2. منذ زمن بعيد ، ربما كان للأرض جو مشابه.

ولكن هذا بسبب الكتلة الحيوية في محيطات الأرض التي تمتص ثاني أكسيد الكربون2 إزالة كميات كبيرة من الغلاف الجوي. انها عزل ثاني أكسيد الكربون2 يعطينا نسبة أعلى من النيتروجين والأكسجين.

يعني عدم وجود المحيطات والكتلة الحيوية على كوكب الزهرة والمريخ أنها تحتفظ بغلاف جوي ثقيل في ثاني أكسيد الكربون بدون أكسجين.

الكتلة الهائلة للمشتري تعني سرعة هروب عالية


الكواكب مثل كوكب المشتري وزحل وأورانوس هائلة الحجم. هذا له علاقة مباشرة بسرعات هروبهم.

سرعات هروبهم عالية بما يكفي للاحتفاظ بغازات مثل الهيدروجين والهيليوم.

على سبيل المثال ، تبلغ سرعة هروب كوكب المشتري 59.5 كم / ثانية. إذا قارنت ذلك بالأرض ، فستكون سرعة الهروب أكبر بخمس مرات للهروب من جاذبية المشتري.

لذلك ، هذا هو السبب في أن الغلاف الجوي لكوكب المشتري يتكون في الغالب من الهيدروجين والهيليوم. لم تكن هذه الغازات قادرة على الهروب منذ التكوين المبكر لكوكب المشتري.


ما الذي يجب أن تكون كتلة كوكب ما لكي تكون سرعة إفلاته قريبة من سرعة الضوء؟ - الفلك

تسببت سلسلة من الاكتشافات الجديدة للأشياء في نطاق الكتلة 0.5-15 كتلة المشتري (المشتري) ، جنبًا إلى جنب مع الجدل حول بلوتو ، في زيادة الجدل حول معنى كلمة "كوكب" (على النحو الذي يختلف عن "الأجسام النجمية أو تحت النجمية") . حدثت مجموعة متنوعة من الاستخدامات لهذه الكلمة ، ولكل منها نية مختلفة نوعًا ما. لم يتم اعتماد تعريف رسمي رسميًا. أنا أدرس المشكلة في ضوء الملاحظات والنظرية الفيزيائية الفلكية الحالية. يمكن تأطير الجدل من حيث ثلاث ميادين مختلفة تدفعه: الخصائص ، والظروف ، ونشأة الكون. أعني بكلمة "الخصائص" الخصائص الفيزيائية لجسم ما - في المقام الأول وسائل دعمه ضد الجاذبية ومصدر لمعانه. أعني بكلمة "ظرف" البيئة التي وُجدت فيها ، والأهم من ذلك ما إذا كانت في المدار ، وما هو الشيء الأساسي والمرافقون الآخرون الموجودون ، وخصائصهم المدارية. أعني بعبارة "نشأة الكون" أصل أو طريقة تكوين الجسم. ينبع الافتقار الحالي إلى الإجماع من اختلاف الأوزان التي يتم تطبيقها على هذه المجالات الثلاثة في تشكيل تعريف "الكوكب". تحتوي كل ساحة على خطوط فاصلة بين "الكواكب" و "النجوم" والتي تعتبر جزئيًا مسألة رأي ، وينتهي بها الأمر بفرز الكائنات بشكل مختلف. الغرض الرئيسي من هذه الورقة هو تنظيم المناقشة ، حتى نتمكن في النهاية من إيجاد تعريف إجماع مقبول على نطاق واسع. ومع ذلك ، لا يمكنني مقاومة تقديم حل محتمل يوجه طريقا وسطا عبر مختلف المآزق التي تنشأ في محاولة تعريف رسمي.

"When I use a word", Humpty-Dumpty said in a rather scornful tone, "it means just what I choose it to mean neither more nor less".
"The question is", said Alice, "whether you can make words mean so many different things".
"The question is", said Humpty-Dumpty, "which is to be master that's all."
Lewis Carroll in Alice Through the Looking Glass (1872)

I. Introduction

Table I. The Defining Arenas for Planets

I. Characteristics
A. Source of Internal Pressure (inferred from well-accepted models)
1. Coulomb forces (free electron, crystalline, or liquid) ideal gas law
2. Free electron degeneracy
3. Thermal pressure, supplied by fusion, due to gravity
B. Source of Luminosity (inferred from well-accepted models)
1. Internal Heat Capacity (and radioactive decay)
2. Gravitational Contraction
3. Fusion of Deuterium
4. Fusion of Hydrogen
II. Circumstance
A. Object is in Orbit (observed)
1. In circular orbit around a main sequence star
2. In any orbit around an object capable of fusion (fusor)
3. In any orbit around a more massive object
B. Object is in a system (observed or observable)
1. Object is in unique, non-crossing orbit, dynamically cleared
2. Other similar objects are in similar orbits
C. Object is not in orbit (observed)
1. Object was never in orbit (difficult to ascertain)
2. Object used to be in orbit, but was ejected (difficult to ascertain)
ثالثا. Cosmogony
A. Formed in a disk around a fusor (depends on developing models)
1. Built up by agglomeration of planetesimals (difficult to ascertain)
2. Gas added by accretion onto rock/ice planetary core (difficult to ascertain)
3. Formed directly by gravitational instability in disk (difficult to ascertain)
B. Formed in a disk as a result of gravitational perturbations
1. Perturbations were due to other companions (ascertainable?)
2. Perturbations were due to passing external bodies (difficult to ascertain)
C. Formed at the center of an isolated disk (observable)

"A planet is a spherical non-fusor which is born in orbit around a fusor."

"A fusor is an object capable of core fusion at some time during its life."

II. صفات

One of the most basic characteristics of astrophysical objects is their mass. It is mass which determines their structure and evolution, and often serves as the basis for classification. Does mass make sense as a basis for defining planets? It certainly plays a role in one of the few points on which there seems to be complete consensus: if an object has core conditions capable of generating nuclear fusion (which depends on its mass), it is not a planet. The proposition that we should therefore define planets as spherical objects incapable of fusion, however, has been made but enjoys no such consensus. The role of mass in the characteristics of objects is important here in two contexts: determining the dominant pressure-support mechanism in the interior, and setting the sources of luminosity (all opaque objects emit thermal radiation). These two ways do not, unfortunately, boil down to the same thing, so a mass-based definition has to combine them somehow. It also probably makes sense to continue to tell young children that planets shine by reflected light while stars make their own.
The structural divisions are fairly straightforward and sensible. Most stars (especially after their pre-main sequence phase) derive their internal support from thermal pressure. The heat may be generated by fusion, or by gravitational collapse. Of course, without support the object will just collapse further and heat up, so one might view core fusion as a strategy for keeping the core relatively cool (I am indebted to John Faulkner for pointing this out to me). As one moves to the lowest mass stars, the core densities become high enough that free electron degeneracy provides increasing pressure. It is the eventual dominance of this source of pressure that relieves the stars from "cooling" themselves by fusion, and causes the substellar realm to begin (at about 75 jupiters, depending on metallicity). Degeneracy support extends below this limit down to about 2 jupiters. At this point the internal density and pressure has decreased again enough (due to the low mass of the object), that ordinary Coulomb forces can begin to support the object. An obvious difference between "degenerate" and "ordinary" objects is that adding mass to the former make them smaller, while adding mass to the latter make them larger. All of the Solar System planets fall into the "ordinary" category.
The luminosity divisions are similar, but not identical. One problem here is that objects change their luminosity sources as they evolve, so it is harder to put an object into one bin. Almost everything is first luminous due to gravitational release of energy (by accretion and contraction). If fusion can occur, it will first occur for deuterium, then hydrogen. Main sequence stars (especially low mass ones) can burn hydrogen for a very long time. Hydrogen burning can occur in objects down to 60 jupiters (well into the substellar regime). Deuterium is much less abundant, and can only burn for a short time in any object. This occurs in objects down to 13 jupiters, early in their lives. All objects in the substellar regime derive most of their time-integrated luminosity from gravitational contraction. When an object is finally neither fusing nor contracting, its emission comes only from trapped heat inside. This happens fairly soon for rock/ice planets. Jupiter and Saturn are still contracting slightly. Although legal definitions would be hard to formulate, astronomers have been comfortable with the following categories. A "star" is an object that burns hydrogen for a "long" time, during which its luminosity is practically stable and derives exclusively from that (i.e. it achieves the main sequence). If hydrogen fusion is never the sole source of luminosity and the object continually fades, it is a (substellar) "brown dwarf". It is still a brown dwarf if it doesn't burn hydrogen at all, but only deuterium. Most would agree that the lower mass limit of brown dwarfs occurs at the deuterium limit.
At this point, cosmogony is often thrown into the mix. The deuterium boundary was originally thought to be close to the lower limit for isolated star formation as well, but that is no longer clear. Some have recently proposed that degenerate non-fusors are still brown dwarfs (or maybe "grey dwarfs" to differentiate them) if they form the same way as fusing brown dwarfs. Others would like to call such objects sub-substellar (with various names proposed), and still others would like to call them planets (without regard to cosmogony or circumstance). It has been suggested that since deuterium fusion is not really a significant long-term source of luminosity, distinctions based on it are forced. Astrophysically that is reasonable, although it is often the case that objects very near the boundary of classes are harder to differentiate than those well away from the boundary. But the importance of the fusion/non-fusion boundary is another example of a strong "cultural" influence (that stars have fusion and planets don't). Because of that, it may make sense to coin new terms, say "fusor" and "non-fusor", to make this distinction explicit (without additional baggage). Such terms would take much of the heat out of several of the current disagreements.
We can see that defining objects purely on the basis of mass has its problems. It would be nice if the degeneracy boundary coincided with fusion boundaries at both ends, but it does not. There is a mismatch at high masses between the end of stable hydrogen burning (the main sequence), and the actual hydrogen-burning limit (the latter term is often confused with the former condition). The problematic objects for our purposes are degenerate non-fusors. As regards the definition of "planet", of course, the other question is whether one is willing to use a purely mass-based definition, or must consider cosmogony and circumstance as well. Finally, to do something about the low mass limit for planets, the best choice seems to be a requirement that they have sufficient mass for gravity to force a spherical shape.

ثالثا. Circumstance

I pointed out in the Introduction that the cultural definition of planet generally includes the necessity of being "in orbit about a star". We can therefore agree that if "circumstance" is to be included in the formal definition, this is a minimal requirement. Our Solar System suggests that planets should furthermore be found in circular orbits, and this was thought to be a natural consequence of the fact that planets form in disks. Indeed, as the first extrasolar planets were found, their eccentric orbits caused some to doubt that they are really "planets". As more systems were found, however, they inspired theoretical work that makes it likely that planets can indeed inhabit eccentric orbits (even planets which formed just as Jupiter did). We realized that if one has several massive planets, it is quite easy for them to disturb each other's orbits. We further realized that disks can move planets from their birth orbits (in the most extreme cases, dumping them into the star itself). Interactions between the planet and disk can also damp or excite eccentricity, depending on the particulars. Thus, even if planets built from planetesimals really must form in circular orbits, that is not how we may find them. Furthermore, planet formation may be influenced by mergers with smaller planets, or may occur instead by direct formation through disk instabilities (see section on cosmogony) either of which might generate eccentric orbits. It now seems unwise to use a circumstance based on orbital eccentricity in a definition of "planet".
The next question is what sort of object a planet must be orbiting. This seems relatively uncontroversial it is generally agreed that the object being orbited should be a fusor. My experience is that few raise objections if it is a brown dwarf (so long as that is defined so only fusors are brown dwarfs). The only uncertainty comes if the "central" object is a degenerate non-fusor. Both objects may be like that, or at a minimum the center of mass may be well outside either of them. Such a configuration may be hard (especially if the secondary is too massive) to differentiate from a "binary planet", so it seems safer to demand that the primary be a fusor.
The object may not be the only one in orbit about the central fusor. Indeed, it is more convincing to have several objects in a system in "planetary" orbits (meaning they at least vaguely resemble those in the Solar System), since then the system more closely resembles ours. A single object in an eccentric orbit is uncomfortably similar to a binary stellar system (though this may just reflect our Solar System bias). Nonetheless, if all the objects in the Solar System were removed, leaving only the Sun and Jupiter, it is unlikely that anyone would wish to revoke Jupiter's planetary status.
On the other hand, having too many other similar objects in similar orbits has already been fatal to an object's planetary status. Ceres was originally designated a planet (and found in the position anticipated by Bode's Law, between Mars and Jupiter). It lost its status when several objects somewhat smaller than it, and in similar orbits, were discovered. Precisely the same situation has now arisen with Pluto. If we were historically consistent, there would be no question about the demotion of Pluto to "minor planet". In Pluto's case, another strike against it is that it crosses inside Neptune's orbit. If "major" planets do that, they will inevitably perturb each other into new orbits. Stable planetary systems must have all the major planets in non-crossing orbits (by the very definition of "stable"). It is a matter of taste whether one wants to include this requirement in a definition of "planet", but it seems to make sense to call small objects in crossing orbits "minor planets" by default.
Finally, we must deal with an object which is not in orbit about a more massive object at all. Given the cultural understanding of "planet" it would seem at first that, in a discussion of circumstance, this case cannot be included in the definition of "planet". We must, however, consider the instance where an object that is born as an acceptable planet is later ejected from the system. Turning the reasoning in the previous paragraph around, if Jupiter were suddenly lost from the Solar System, would we then consider it no longer a planet? That is again a matter of opinion, but I doubt that many would consider ejection grounds to revoke its status. It should be pointed out that smaller planets are even more likely to be thrown out (witness the vast number of Oort cloud comets). An ejected Earth would certainly still be considered a planet (what else could it be?). An attractive option is to append an adjective to reflect the new situation, such as "ejected" or "free-floating", to planet. The problem here is in determining whether a free-floating object has a history like this, or was formed without a primary. If the latter is true, a clear majority prefers not to call the object a planet. Those who would like to do so don't want circumstance considered in the definition at all, and insist on a definition based purely on characteristics.

IV. Cosmogony

V. A Proposed Definition for "Planet"

"That's a great deal to make one word mean", said Alice.
"When I make a word do a lot of work like that", said Humpty-Dumpty, "I always pay it extra."
Lewis Carroll in Alice Through the Looking Glass (1872)

Given all the above considerations, it seems difficult to compose a definition that would satisfy the many conflicting constraints (cultural and astrophysical), deal with the three arenas, and encompass our new knowledge. But here is an attempt that may qualify (without even having to pay the word exorbitant wages):
"A planet is an object that is spherical due to its own gravity, that is never capable of core fusion, and which is formed in orbit around an object in which core fusion occurs at some time". Or more succinctly: "A planet is a spherical non-fusor born in orbit around a fusor".
This captures the two clearest cultural imperatives (that a planet be in orbit, and not be a fusor). It avoids the difficulties associated with our ignorance (both observationally and theoretically) of cosmogenetic issues, and allows planets to form as they will. There is increasing evidence from the current mass distribution of "exoplanets" that a different formation mode operates below the deuterium-burning limit (or something close to it) than for more massive substellar objects, at least in proximity to solar-type stars. This definition does not conflict with that evidence. It is not so specific that it excludes any of the current objects that most would agree are planets. The definition does not include non-fusors that form "like stars" by themselves (but it is fair to say that such objects have "planetary masses"). I have modified my own previous stance on the definition (which was purely mass-based) as a concession to thinking about the overall problem in the cultural context. To apply the definition requires observations of the mass and environment of an object (or inferring these from a combination of observations and well-accepted modeling).
As an example let us take the example of HD 168443 (a solar-type star). At 3 AU there is an object which is indisputably well above the fusion boundary (with a lower mass limit of 17 jupiters). At 0.3 AU there is an object above 7 jupiters. This could also be above the fusion limit if the orbital inclination is low enough, but there is evidence from Hipparcos which makes that relatively unlikely. There is certainly no need to speculate on what to call the outer massive object it is very clearly a brown dwarf. The identity of the inner object is also easy (subject to determination of the true orbital inclination): it nicely fits my definition of "planet". It should be pointed out that there may well be other "stellar" close binaries with inner giant planets the Doppler searchers have quite purposefully avoided examining this question by avoiding close stellar binaries as targets. At any rate, the identity of objects in this system are only puzzling to those who insist on cosmogenetic preconceptions as defining characteristics.
To the basic definition one is encouraged to add adjectives that make it clearer what one is talking about. For our Solar System, one can refer to "historical" planets (which include Pluto). As regards characteristics, one can speak of "ordinary" or "degenerate" planets (perhaps the latter could be called "superplanets" in deference to their mass). As regards circumstance, one can refer to planets as "minor" or "major" depending on whether they are in unique, non-crossing orbits or not. This may also depend on how many similar objects there are in the system. This paper does not address the question of exactly how to make this distinction. For cosmogony, one can apply adjectives for each mode of formation (once it is theoretically well-accepted and can be justified observationally). These might include "agglomerated", "core-accretion", "direct", or different and/or additional other terms.
My proposed definition has the intended "flaw" that it includes ejected planets those subject to the following sad fate (with apologies to Gilbert and Sullivan's 1885 Mikado)

In an inner stable orbit, round a warm and yellow sun,
with an outer fellow planet that's a huge and gaseous one.
Which will migrate ever closer, wielding gravity's sharp kicks,
whose result is cold careening to the interstellar "sticks".

To confirm such a history may be difficult in most cases. The class of "non-fusors" is therefore, however, not congruent with "planets", because of the possibility that non-fusors may be also be formed as isolated free-floaters. Such objects should in principle be given a "stellar" sort of name (such as the recently proposed "grey dwarf") to distinguish them from ejected planets. As a practical matter, it will be difficult to attach the proper label to a given object (although "free-floating non-fusor" is indisputable if the mass is known, since a fusor companion would always be found if a non-fusor has been detected). I think it worth living with this difficulty, because it is likely that many ejected analogs of our local terrestrial and gas giant planets are floating out between the stars. They deserve to be called planets despite their misfortune. Even accepting this, the difficulty of confirmation once again reinforces the problem with including any cosmogony in the definition. An easy way out would be to drop "born" from the definition (and abandon ejected planets as worthy of the name).
One must eventually deal with the question of planets versus moons, and other binary or multiple configurations. For two non-fusors in orbit about each other, it has been suggested that one differentiate between a "binary companion" and a "satellite" by demanding that the center of mass for the objects be outside both of them for the term "binary" to be appropriate. I further suggest that this be independent of the masses involved. Thus, a bound pair of objects with 9 and 11 jupiter masses would be a "binary planet", so long as the pair were born in orbit around a fusor (also independent of its mass). If they were by themselves, they would be "binary grey dwarfs" (or whatever term applies to isolated non-fusors). A substantial disadvantage with this proposed definition is that it is very "circumstantial" - to the extent that our own Moon would become a planet if it recedes sufficiently far from us. For the purpose of this paper, it is probably better to duck this issue altogether. This problem makes explicit the difficulty of the role which circumstance can play if used in the identity of objects. It is this which leads some to suggest that a purely "characteristics-based" definition makes more sense. It seems, however, that most are not ready for that conceptual change. A circumstantial component is required if we are to retain the cultural imperative of being "in orbit around a fusor" for planets.
Thus, in the end, I think it is possible to fashion a formal definition of "planet" that will accomplish the astrophysical point of having such a word. It can also fit in well with our cultural preconceptions (these are unavoidable given that we live on a planet, in a planetary system), but at some cost. This definition should be able to survive subsequent discoveries and understandings about the characteristics, circumstances, origin, and evolution of planets, and the many undiscovered configurations that Nature has probably produced, which will delight new generations of astronomers. Perhaps, as the general public becomes familiar with the new astrophysical context in which "planets" are discussed, the cultural imperatives surrounding the word will eventually change.