Компьютерное моделирование движения и образования планет

[Игорь_ЕД]

Заинтересовался темой, вынесенной в заголовок. Книжный поисковик по ключевому слову "n-body" выдал несколько книг:
1.  Marciniak - Numerical solutions of the N-body problem.
2.  Greenspan - N-body problems and models.
3.  Aarseth - Gravitational N-body simulation - Tools and algoritms.
4.  Roa - Moving planets around - An introduction to N-body simulations applied to exaplanetary systems.
Может кто на форуме интересуется этой темой и посоветует, что читать и по каким ключевым словам искать информацию? Может тема уже обсуждалась на форуме?

[Toth]

Да вроде по интегрированию движения полно источников и на русском.
Я метод Эрмита отсюда -http://vadimchazov.narod.ru/text_pdf/reasint.pdf использовал, там правда опечатку исправить надо.

[Игорь_ЕД]

Toth, спасибо за ссылку! Начну с неё. К сожалению пока не освоился на форуме и не знаю, как тут поставить благодарность за сообщение.

[Toth]

Начну с неё.

Ну, тогда может пригодиться - исправление

Там кстати, в конце список литературы.
Рекомендую Белецкий В.В.,Очерки о движении космических тел. - хотя там не про численные методы, но довольно интересно написано.

[Geen]

Может кто на форуме интересуется этой темой и посоветует, что читать и по каким ключевым словам искать информацию?

А что конкретно интересует? Теория, численные методы, что-то ещё?

[Игорь_ЕД]

А что конкретно интересует? Теория, численные методы, что-то ещё?

Пока мне просто интересно эта тема и выделить что-то конкретное затрудняюсь. Дело в том, что я по образованию не астроном. И знания у меня по астрономии на уровне популярных статей. По образованию я прикладной математик и интересы лежат в области вычислительной математики. Однако темой решения диффуров я особо не интересовался. У меня пока желания для начала сделать что-то самому, чтобы на компьютере что-то крутилось Параллельно буду изучать теорию. Теория без практики суха. И какие теории тут нужны? Что касается небесной механики, я тут пару книг для себя скачал. Их пока не открывал. И знания в этой области у меня абсолютно нулевые. То есть задача двух тел у нас была в курсе механики. И это я понимаю, но не более того. Если что-то посоветуете конкретно в этой области, буду благодарен. Что касается теории образования планетных систем, то знания в этой области у меня ещё более нулевые. То есть смотрю лекции Попова на ютубе про экзопланеты. И если дадите ссылки на информацию по этой теме, также буду очень благодарен. Хотя какие-то книги скачаны. Пока их вообще не открывал. Что касается, как вообще организовать процесс моделирования на компьютере, тот  тут я вообще на нулях. Хотя бы взять вопрос, а как оптимально организовать процесс, когда взаимодействующих тел очень много, чтобы не считать взаимодействие каждого тела с каждым? Как данные организовать на компьютере? Этот вопрос сильно интересует. Также интересует теория собственно по численным методам, какие они должны быть, чтобы на протяжении большого промежутка времени не накапливалась их ошибки. И чтобы результаты были похоже на правду. То есть методы должны основываться на использовании основных физических законов сохранения.  Пока пребываю в наивной уверенности, что это всё можно запрограммировать самому. Хотя для себя открыл, что есть в сети готовые программы на эту тему даже с открытым исходным текстом. Например, программа Rebound. Но самому что-то сделать как-то интереснее.  В общем, у меня пока лишь смутные интересы. Конкретика наверное выявится позже в процессе реализации. Но пока буду рад любым советам и любой информации.

[Toth]

как вообще организовать процесс моделирования на компьютере,

Движение планет/астероидов - то есть задачу n тел, это можно, я например делал. Не быстро конечно.
А вот образование планетных систем из газопылевого облака - мне кажется эта задача не под силу любителю для моделирования.

[Geen]

У меня пока желания для начала сделать что-то самому, чтобы на компьютере что-то крутилось

Посмотрите http://www.k-labs.ru/dms/nbody.html - там в "исходниках" есть ряд численных методов со ссылками.

[Игорь_ЕД]

Посмотрите http://www.k-labs.ru/dms/nbody.html - там в "исходниках" есть ряд численных методов со ссылками.

Спасибо за ссылку. Но где там "исходники", так и не понял. Возможно сайт на реконструкции.

А вот образование планетных систем из газопылевого облака - мне кажется эта задача не под силу любителю для моделирования.

Конечно, профессионалы используют модели с миллионами частиц и супер-компьютеры. Или хотя бы рабочие станции с несколькими видеокартами. Ну, и соответственно, изощрённые программы. Но мне кажется, идейно повторить чей-то результат можно и на небольших моделях. Например, Попов в своих лекциях утверждал, что непонятно, как вообще образуются планеты. Как только тело начинает набирать массу, оно начинает мигрировать к звезде и поглощается ею. Ну, и тут возникает ряд вопросов. Может быть, идейно можно проиллюстрировать эффект и на модели с тысячами частиц. 

[xd]

Посмотрите http://www.k-labs.ru/dms/nbody.html - там в "исходниках" есть ряд численных методов со ссылками.

Спасибо за ссылку. Но где там "исходники", так и не понял. Возможно сайт на реконструкции.

Исходный код страницы имеется в виду. В нормальных браузерах Ctrl+U.

[Игорь_ЕД]

Исходный код страницы имеется в виду. В нормальных браузерах Ctrl+U.

Спасибо. Чего-то я затупил. Если я буду ориентироваться на готовую программу, то на Rebound:  https://rebound.readthedocs.io/en/latest/ . Но это не скоро. Она под Linux,  Python и C. А я сейчас собираюсь программировать по Виндовз и МатЛаб. Вот сегодня простенькую программу сваял на МатЛабе - метод Рунге-Кутты 4-го порядка для систем - всего 10 строчек кода. Конечно не лучший решатель уравнений, но зато свой. С чего-то надо начинать. В принципе в МатЛабе есть свой метод Рунге-Кутты. Но зато я могу со своим экспериментировать как захочу. Допустим, захочу его модифицировать, чтобы выполнялись законы сохранения. В принципе в МатЛабе есть исходники их модулей. Можно и посмотреть. А в Rebound и документация для всех функций и куча статей в сети с описанием, а что они там делают. Я сразу понял, что отстал от жизни. Они используют симплектические интеграторы. А я даже не знаю, что это такое.   

[Миллиард]

Посмотрите еще эту диссертацию. Помимо гравитационного взаимодействия здесь рассмотрены вопросы комкования и слипания вещества протопланетного облака.
https://yadi.sk/i/8IUXPDfxVx7u0A

[zam2]

Помимо гравитационного взаимодействия

Ну наконец-то! Неужели непонятно, что для образования планет одной гравитации недостаточно?

[Игорь_ЕД]

Посмотрите еще эту диссертацию. Помимо гравитационного взаимодействия здесь рассмотрены вопросы комкования и слипания вещества протопланетного облака.

Спасибо за ссылку! Изучаю. Понятное дело, что когда частиц много, то учитывать взаимодействие каждой частицы с каждой - гиблое дело. Компьютер не потянет. Поэтому частицы организуются в иерархические группы. И если частицы находятся далеко, то вместо учёта поля каждой частицы можно ограничиться полем группы. Но тут важны детали.

Ну наконец-то! Неужели непонятно, что для образования планет одной гравитации недостаточно?

Как-бы очевидная вещь. Никто и не оспаривал её. Нужна потеря энергии, которая происходит при неупругом столкновении и слипании. Без потери энергии законы сохранения препятствуют возможности образования крупных образований. Как пример, возьмём кольца Сатурна и Урана. Они образованы частицами льда. Они сталкиваются упруго. И спутников там не образуется. Как второй пример, возьмём тёмную материю. Она летает в галактике шаром и не хочет конденсироваться в звёзды.

[zam2]

возьмём тёмную материю. Она летает в галактике шаром и не хочет конденсироваться в звёзды.

У вас какие-то странные представления о реальности. Это не тёмная материя летает в галактике. Это в уплотнении тёмной материи (совсем не обязательно шарообразном) собралось барионное вещество и образовало то, что мы называем галактикой.

[Игорь_ЕД]

У вас какие-то странные представления о реальности.

Так на то и этот раздел форума, чтобы любители учились у профессионалов правильным представлениям о реальности.

Это не тёмная материя летает в галактике. Это в уплотнении тёмной материи (совсем не обязательно шарообразном) собралось барионное вещество и образовало то, что мы называем галактикой.

Долго пытался понять, каким образом ваше высказывание соотносится с моим:

Как второй пример, возьмём тёмную материю. Она летает в галактике шаром и не хочет конденсироваться в звёзды.

Ведь я не писал ни про барионное вещество, ни о том, как всё образовалось. Поэтому остаюсь в наивной уверенности, что таки тёмное вещество летает в Галактике. Причём являясь существенной частью Галактики. Причём распределение тёмного вещества сферически симметрично. В отличие от барионного вещества, которое сплюснулось в виду трения и связанной с этим потерей энергии. Возможно вы и правы. И тёмное вещество не летает, или летает, но не в Галактике, а где-то ещё. Только лучше обсуждение этого вопроса перенести в тему о тёмном веществе.

[zam2]

Поэтому остаюсь в наивной уверенности, что таки тёмное вещество летает в Галактике.

Вот так примерно это выглядит:

Причём распределение тёмного вещества сферически симметрично.

На картинке - действительно сферически симметрично. Но никаких причин для того, чтобы облако тёмной материи было сферически симметричным, нет. Ну правда, а с какой стати?

В отличие от барионного вещества, которое сплюснулось в виду трения и связанной с этим потерей энергии.

Не во всех галактиках произошло такое сплющивание. В эллиптических и неправильных галактиках никакого сплющивания. Почему?

[Игорь_ЕД]

Но никаких причин для того, чтобы облако тёмной материи было сферически симметричным, нет. Ну правда, а с какой стати?

Тут играют законы случайности. Они образованы эллиптическими траекториями частиц, у которых момент импульса имеет случайное равномерно распределённое направление.

Не во всех галактиках произошло такое сплющивание. В эллиптических и неправильных галактиках никакого сплющивания. Почему?

Дело в том, что когда во Вселенной образовалось вещество, момент импульса этого вещества был примерно нулевой везде. Далее продолжали образоваться сгущения вещества (в том числе и тёмного), которые стали зародышами галактик. А вот тут уже момент импульса в каждом сгущении оказался не совсем нулевой и он был сильно разный. Вселенная продолжала расширяться. Это привело к увеличению ненулевого момента импульса в каждом зародыше. В итоге галактики образовались с разными моментами импульса. Там, где он сильно ненулевой, образовались спиральные галактики. Там где он маленький, образовались эллиптические галактики. Из-за отсутствия сплющивания плотность газа в них мала. И звездообразование там должно быть меньше. И светиться в оптическом диапазоне они должны меньше. А чёрная дыра в центре галактики должна быть больше. Так как момент импульса не препятствует её образованию. И излучать в радиодиапазоне такие галактики должны сильнее. Но это всё мои предположения. Галактиками я особо не интересовался.

[Игорь_ЕД]

По поводу эллиптических галактик, если вас волнует эта тема, то я тут загуглил (уже после того, как набрал предыдущий ответ). И вот есть и  такое мнение . Правда, что они пишут, мне понять трудно (наверное, потому что я в этом не специалист).

Вселенная является опасным местом, и частые столкновения между галактиками – это обычное явление. Например, Млечный Путь столкнётся с галактикой Андромеды через несколько миллиардов лет.

Это что, точно доказано, что галактики часто сталкиваются? Ведь процесс столкновения длится не один год. И мы бы видели множество галактик, находящихся в процессе столкновения. Мы часто такое видим?

Когда две спиральные галактики сталкиваются, они теряют свою привычную форму, превращаясь в менее структурированные эллиптические галактики.

Это что, точно доказано? Это они сначала менее структурированные эллиптические. Но момент импульса никуда не пропал и должен делать своё дело. И если галактики продолжают вращаться, то снова станут спиральными.

Поскольку эллиптические галактики содержат более старые звёзды и очень мало газа, то учёные считают, что они приближаются к концу своей эволюции.

А это точно, что мало гало газа? А может он просто не может конденсироваться и потому мало заметен? А это точно, что старые звёзды? Старые звёзды вообще светят не сильно. Если бы они светили сильно, то они бы выгорели и вообще не были видны с большого расстояния.  А если светят не сильно, то они мало меняются со временем и по ним трудно было понять, старые ли они или не совсем старые.
В общем, для меня этот вопрос тёмный, и я думаю. что вы лучше в нём ориентируетесь.

[Ulmo]

И мы бы видели множество галактик, находящихся в процессе столкновения. Мы часто такое видим?

Хватает