Более реалистичная генерация систем спутников газовых гигантов
Я пересмотрел код, который генерирует системы спутников газовых гигантов. У нас есть только 4 газовых гиганта для построения теории, но даже с такой небольшой выборкой можно сделать некоторые предположения (подкреплённые моделированием). Один из сценариев – быстрая миграция эмбрионов лун в протоспутниковом диске вокруг планеты, которая производит несколько поколений крупных лун. Луны образуются главным образом в средней, самой плотной части диска. Сразу же они начинают мигрировать внутрь и падают на планету через несколько миллионов лет. Но вместо них образуются новые луны, поскольку диск подпитывается веществом, текущим к планете из протопланетного диска звезды. Когда вещество в диске иссякает, последние выжившие луны образуют резонансную цепочку; при этом они относительно крупные и имеют сопоставимые размеры. Реальными примерами являются системы Юпитера и Урана. Другим сценарием является медленная миграция: в этом случае в самой плотной части диска образуются 1-2 очень большие луны и несколько меньших лун в других частях диска. Реальный пример – система Сатурна.

В реальности возможны и промежуточные сценарии. Поэтому я реализовал функцию, которая модулирует массу лун в зависимости от их расстояния от планеты. Управляющий параметр, генерируемый процедурно для каждой системы, находится в диапазоне от 0 до 1. при значении 0 получается система, подобная системе Сатурна, при значении 1 – подобная системе Юпитера.

А система Нептуна – аномальная, нарушенная захватом Тритона. Такие системы SE тоже генерирует.

Аналитическая модель орбит троянских и коорбитальных спутников Сатурна

В системе спутников Сатурна есть шесть малых лун, которые делят орбиту друг с другом или с другими лунами:

Телесто и Калипсо – троянские луны Тефии;
Елена и Полидевк – троянские луны Дионы;
Янус и Эпиметей – коорбитальные луны, меняющиеся орбитами каждые 4 года.

После реализации аналитических орбит (эфемерид) планет и спутников Солнечной системы, троянские луны больше не находятся к лагранжевых точках их лун-хозяев, потому что орбиты последних уже не просто кеплеровы эллипсы. К счастью, существует аналитическая теория движения Елены, Телесто и Калипсо – HTC 2.0 (P. Oberti, A. Vienne). Но она, к сожалению, не включает Полидевк, потому что эта маленькая луна была обнаружена в 2004 году, а теория была разработана в 2002. На видео ниже показано движение Тефии и её компаньонов-троянцев во вращающейся системе отсчёта.

Янус и Эпиметей – уникальная пара лун, находящихся на почти одной и той же орбите. Они взаимодействуют необычным образом, меняясь орбитами каждые 4 года, что превосходно описано в этой статье. Такое поведение не может быть представлено простыми кеплеровыми орбитами, но существуют аналитические теории. Я реализовал одну из них, разработанную Benoit Noyelles. Ниже показан орбитальный танец этих лун в виде таймлапса, ускоренного в 18003373.0883543885 раз.

Почему именно столько – 18003373.0883543885? Я хотел использовать ускорение времени примерно 2×107 раз – на этой скорости хорошо наблюдать за эволюцией орбит. Но при такой скорости Янус и Эпиметей успевают совершить около 5.55 оборота вокруг Сатурна за каждый кадр (при частоте 60 кадров в секунду). Поэтому в каждом следующем кадре они оказываются в разных точках своих орбит (это выглядит как случайные прыжки). Поэтому я рассчитал такое значение ускорения времени, чтобы луны совершали ровно 5 оборотов за кадр. В этом случае в каждом следующем кадре они оказываются почти в одном том же положении относительно Сатурна. Медленное смещение их положений объясняется небольшим отличием орбитальных периодов от того фиксированного значения, которое использовалось в анимации (5 оборотов за кадр). Сначала Эпиметей движется против часовой стрелки: это значит, что он успевает совершить чуть больше 5 оборотов за кадр, а Янус, движущийся в обратном направлении, совершает чуть меньше 5 оборотов. Т.е. Эпиметей находится на орбите, которая чуть ближе к Сатурну, чем Янус. Но когда две луны сближаются, Эпиметей ускоряется гравитацией Януса, переходя на более высокую (и медленную) орбиту, а Янус тормозится, переходя на более низкую (и быструю) орбиту. Они начинают удаляться друг от друга, и меняют направление смещения на анимации.

Также можно заметить, что орбиты Януса, Эпиметея и Мимаса (самый маленький жёлтый эллипс) быстро покачиваются. Это прецессия линии апсид, вызванная несферической формой Сатурна (его гравитационное поле несимметрично) и гравитационным взаимодействием между лунами.

Опция скрытия и отображения объекта в контекстном меню

Она может использоваться в заскриптованных презентациях, для планетариев, и широко используется в Overview в виде скрип-команды. Например, вы можете захотеть скрыть Землю, чтобы наблюдать части неба, которые в настоящее время ниже горизонта (в планетариях есть такая опция). В Overview это используется, например, в главе «Planets»: глава реализована с помощью фейковой солнечной системы с фиксированным положением Марса, Земли и Юпитера. Команда вызывается в определённые моменты, чтобы показать Землю и Юпитер. В видео с лунами Сатурна был использован новый пункт контекстного меню для сокрытия других малых лун, чтобы они не загромождали картинку.

Параметры рандомизации формы новых туманностей

Я начал работу над процедурными ray-marched туманностями. Первое, что было необходимо для этого – «безопасный» способ изменения параметров, которые задают цвет, форму и другие свойства туманности. Этих параметров – десятки, некоторые из них зависят друг от друга, некоторые допускают изменения только в очень узком диапазоне (иначе лезут артефакты). Самый простой безопасный способ изменить форму туманности – это просто добавить смещение к шумовым функциям, используемым в модели. Краткое видео ниже показывает это в действии: трёхмерный вектор Randomize прибавляется ко входным координатам функций шума, что приводит к эффекту «прокрутки», который изменяет туманность без появления каких-либо артефактов. Аналогичный подход используется в процедурном генераторе рельефа (у процедурных планет тоже есть параметр Randomize).

Следующий шаг – интеграция в генератор галактики. Скрипты с параметрами реймарчинговых туманностей, которые сейчас используются для нескольких тестовых туманностей, будут преобразованы в скрипты «пресетов». Когда генератор галактик создаёт туманность, он будет процедурно выбирать один из файлов пресетов, вместо выбора старой спрайтовой модели туманности, и генерировать случайные значения для вектора Randomize. Для каталожных туманностей вектор Randomize будет читаться из скрипта, чтобы сохранить форму, заданную автором модели.