Demandez à Ethan n ° 97: les lunes peuvent-elles avoir des lunes?

Rassemblements épars. Recueilli disparaît.
- Héraclite

En pensant au système solaire, vous imaginez des planètes et d'autres objets en orbite autour d'une étoile centrale, avec des lunes (et d'autres satellites) en orbite autour de ces mondes rocheux ou glacés géants. Mais peut-il y avoir des niveaux supplémentaires? Les satellites peuvent-ils tourner autour des lunes, et si oui, où sont-ils? Cette semaine, un kilobug obtient une réponse à une question, demandant:

Dans le système solaire, pour autant que je sache, il n'y a pas de «lune par la lune», quelque chose comme un astéroïde en orbite autour de la lune de la planète. Y a-t-il une raison à cela (par exemple, une instabilité orbitale)? Ou est-ce rarement le cas?

Pensons à une masse distincte tournant dans l'espace. Ici, tout est simple. Il existe un champ gravitationnel de cet objet généré par sa masse. Il tord l'espace autour de lui et attire tout ce qui se trouve à proximité. S'il n'y avait rien d'autre que la gravité, on pourrait placer n'importe quel objet sur une orbite elliptique ou circulaire stable, où il tournerait pour toujours.

Mais il existe d'autres facteurs, notamment:
• La présence d'une atmosphère d'objet, "halo" de particules dispersées.
• La stationnarité optionnelle de l'objet, la présence éventuelle de rotation, éventuellement rapide.
• Isolation optionnelle de l'objet.



L'atmosphère affecte dans les cas les plus extrêmes. En règle générale, un objet en orbite autour d'un monde solide massif sans atmosphère devrait simplement éviter la surface de l'objet, et une telle rotation peut durer éternellement.

Mais si vous ajoutez l'atmosphère, bien que très raréfiée, tous les corps en orbite interagiront avec les atomes et les particules entourant la masse centrale. Malgré le fait qu'il nous semble que notre atmosphère a un «bord» et que l'espace commence à une certaine hauteur, en fait, l'atmosphère se raréfie de plus en plus à des hauteurs toujours plus grandes. L'atmosphère de la Terre s'étend sur des centaines de kilomètres. Même l'ISS va un jour décliner et brûler sinon pour le pousser.



Sur les échelles de temps du système solaire, mesurées en milliards d'années, les corps se déplaçant en orbite doivent être suffisamment éloignés de la masse autour de laquelle ils se tournent pour être «sûrs».



L'objet peut pivoter. Cela se produit avec de grandes masses et de petites masses tournant autour de grandes masses. Il y a un état «stable» dans lequel les deux masses sont reliées entre elles (les deux corps sont tournés l'un par l'autre), mais les moments de torsion apparaîtront dans n'importe quelle autre configuration. Ces moments peuvent conduire au fait que les objets vont tomber en spirale les uns sur les autres, ou voler en éclats. En d'autres termes, la plupart des satellites ne démarrent pas dans une configuration parfaite.

Mais pour une description complète de la situation «lune par lune», un autre facteur, le plus complexe, doit être pris en compte.



Les objets ne sont pas isolés, ce qui est très important. Il est très simple de faire tourner l'objet autour d'un corps massif - comme la lune autour de la planète, un petit astéroïde autour d'un grand, Charon autour de Pluton - c'est-à-dire, faire tourner l'objet autour d'un autre, qui, à son tour, tourne encore plus massif. Habituellement, nous ne tenons pas compte de ce facteur. Mais pensez-y avec l'exemple de notre planète la plus intérieure, Mercure.



Le mercure tourne relativement rapidement autour du Soleil, donc les forces gravitationnelles et de marée qui agissent sur lui sont grandes. Si autre chose tournait autour de Mercure, de nombreux facteurs supplémentaires devraient être pris en compte:
1. Le vent solaire (flux de particules) rencontrerait Mercure et son satellite, changeant leurs orbites.
2. La chaleur du soleil peut conduire à une expansion de l'atmosphère de Mercure. Et bien qu'il n'y ait pas d'air dessus, les particules de surface chauffent et sont projetées dans l'espace, créant une atmosphère insignifiante mais non négligeable.
3. Il existe une troisième masse, qui s'efforce non seulement de lier Mercure et son satellite, mais aussi Mercure et le Soleil.

Cela signifie qu'il existe deux options pour le satellite de Mercure.



Si le satellite est trop proche de Mercure, à savoir:
• le satellite ne tourne pas assez vite,
• Mercure ne tourne pas assez vite pour être connecté au Soleil par les forces des marées,
• le satellite ralentit par le vent solaire,
• le satellite freine sur l'atmosphère de Mercure,

il tombera tôt ou tard sur Mercure .



D'un autre côté, un objet risquerait d'être projeté hors de l'orbite autour de Mercure s'il était trop loin, ou:
• l'objet tournerait trop vite,
• Mercure tournerait trop vite,
• Le vent solaire donnerait à l'objet une vitesse supplémentaire,
• la gravité des autres les planètes affecteraient l'objet,
• le chauffage du Soleil a ajouté une petite quantité d'énergie cinétique à un petit satellite.



Compte tenu de tout ce qui précède, nous rappelons qu'il existe des planètes avec des lunes! Et bien que le système à trois corps ne soit pas stable, à moins que vous ne le mettiez dans la configuration mentionnée, dans les bonnes conditions, la stabilité peut être atteinte à des intervalles de milliards d'années - et c'est tout ce dont nous avons besoin. Il y a des conditions qui facilitent notre tâche:
1. Éloignez la planète / astéroïde, qui est le principal corps massif, du Soleil, afin que le vent solaire, les éruptions et les forces de marée soient faibles.
2. Rapprocher le satellite de notre corps céleste du corps afin qu'il y soit fortement attaché par gravité et qu'il ne soit pas entraîné par des interactions gravitationnelles ou mécaniques externes.
3. En même temps, le satellite doit être suffisamment éloigné du corps principal pour que les forces de marée, les forces de frottement et d'autres influences n'entraînent pas leur collision mutuelle.



Vous avez peut-être deviné que pour la lune il y a un «arrangement correct» - une distance plusieurs fois plus grande que le rayon de la planète, mais pas si forte que la période de révolution est longue. La période de révolution autour de la planète devrait être beaucoup plus courte que la période de révolution de la planète autour de l'étoile.

Compte tenu de tout cela, pourquoi ne voyons-nous pas de satellites sur les lunes de notre système solaire? Les astéroïdes troyens avec leurs satellites personnels



revendiquent mieux ce rôle , mais comme ils ne sont pas des lunes de Jupiter, c'est quelque peu différent. Et alors? Si c'est plus simple, nous ne le verrons probablement pas, mais il y a de l'espoir. Les géants du gaz sont assez stables et loin du soleil. Ils ont de nombreuses lunes, dont beaucoup sont marées au monde parent. Les grosses lunes sont mieux adaptées pour posséder des satellites. Les meilleurs candidats sont: • le plus lourd possible, • relativement éloigné du corps céleste parent pour minimiser la chute, • suffisamment proche pour être arraché à l'orbite,





• suffisamment séparés des autres lunes, anneaux et satellites, ce qui peut perturber le système.



Quels sont les principaux candidats aux lunes de notre système solaire, capables d'avoir leurs propres satellites stables?
• Callisto, lune de Jupiter. Le plus éloigné de tous les principaux satellites, éloigné à 1 883 000 km et avec un grand rayon de 2 410 km. Une période de circulation suffisamment longue de 16,7 jours, et une vitesse d'emballement assez importante, 2,44 km / s.
• Ganymède, lune de Jupiter. La plus grande lune du système solaire (rayon 2 634 km). Il est à 1 070 000 km de Jupiter - peut-être pas trop loin, soit les deux tiers de la distance de Jupiter à l'Europe. La plus grande vitesse d'emballement parmi toutes les lunes du système solaire (2,74 km / s), mais le système Jupiter surpeuplé réduit les chances de posséder vos propres lunes.
• Iapetus, lune de Saturne. Petit, 734 km, mais éloigné de Saturne à 3 561 000 km. Assez loin des anneaux de Saturne et séparé du reste des grosses lunes. Moins dans sa petite masse et sa taille - la vitesse d'emballement n'est que de 573 m / s.
• Titania, la lune d'Uranus. La plus grande de ses lunes, d'un rayon de 788 km, est située à 436 000 km d'Uranus, avec une période de circulation de 8,7 jours.
• Oberon, la lune d'Uranus. La deuxième plus grande lune (761 km), la plus éloignée (584 000 km), la période de révolution de 13,5 jours. Mais Oberon et Titan sont trop proches l'un de l'autre pour permettre la combinaison «lune par lune».
• Triton, lune de Neptune. Un grand objet capturé dans la ceinture de Kuiper, dans un rayon de 1 355 km, est à 355 000 km de Neptune et est massif. Vitesse d'emballement - 1,4 km / s. Il serait mon meilleur candidat pour la lune de la planète, ayant son propre satellite naturel.



Mais je n'attendrais toujours pas un tel phénomène. Les conditions d'émergence et de préservation de la «lune par la lune» présentent des difficultés importantes, si vous vous souvenez du nombre d'objets pouvant interférer gravitationnellement à proximité des géantes gazeuses. Dans le cas d'accepter des paris, je parierais sur Iapetus et Triton, car ils sont plus éloignés que les autres de leurs mondes, isolés des corps massifs, et la vitesse de fuite de leur surface est assez élevée.

Mais alors que de telles configurations nous sont inconnues. Peut-être que tous ces arguments sont incorrects, et nous devrions rechercher des objets sur les bords éloignés de la ceinture de Kuiper, ou même le nuage d'Oort, où il y a les plus grandes chances pour notre système solaire.



À notre connaissance, ces objets peuvent exister. C'est possible, mais nécessite des conditions spéciales. Nos observations jusqu'à présent suggèrent que de telles conditions ne se produisent pas dans les systèmes solaires. Mais il est impossible de dire avec certitude: l'Univers est plein de surprises. Et avec l'augmentation de nos capacités de recherche, nos découvertes vont augmenter. Je ne serais pas très surpris si la prochaine mission vers Jupiter ou d'autres géantes gazeuses découvrait un tel phénomène!

Est-il possible que les lunes existent dans les lunes, et pour les ouvrir il vous suffit de chercher au bon endroit?

Source: https://habr.com/ru/post/fr398235/