Pergunte a Ethan No. 97: As luas podem ter luas?

Reuniões dispersas. O recolhido desaparece.
- Heráclito

Ao pensar no sistema solar, você imagina planetas e outros objetos orbitando uma estrela central, com luas (e outros satélites) orbitando esses gigantes mundos rochosos ou gelados. Mas pode haver níveis extras? Os satélites podem girar em torno das luas? Se sim, onde estão? Nesta semana, a resposta é respondida por kilobug, perguntando:

No Sistema Solar, até onde eu sei, não há “lua por lua”, algo como um asteróide orbitando a lua do planeta. Existe uma razão para isso (por exemplo, instabilidade orbital)? Ou é apenas raramente o caso?

Vamos pensar em uma massa separada girando no espaço. Tudo é simples aqui. Existe um campo gravitacional desse objeto gerado por sua massa. Ele torce o espaço ao seu redor e faz com que tudo o que está por perto o atraia. Se não houvesse nada além da gravidade, alguém poderia colocar qualquer objeto em uma órbita elíptica ou circular estável, onde giraria para sempre.

Mas existem outros fatores, incluindo:
• A presença de uma atmosfera de objeto, "halo" disperso de partículas.
• A estacionariedade opcional do objeto, a possível presença de rotação, possivelmente rápida.
• Isolamento opcional do objeto.



A atmosfera afeta nos casos mais extremos. Normalmente, um objeto que orbita um mundo sólido e maciço sem atmosfera precisaria apenas evitar a superfície do objeto, e essa rotação pode durar para sempre.

Mas se você adicionar a atmosfera, embora muito rarefeita, qualquer corpo em órbita irá interagir com os átomos e partículas que cercam a massa central. Apesar de nos parecer que nossa atmosfera tem uma “vantagem” e o espaço começa a uma certa altura, na verdade, a atmosfera é cada vez mais rarefeita em alturas cada vez maiores. A atmosfera da Terra se estende por centenas de quilômetros. Até a ISS um dia declinará e queimará, se não for pressionada.



Nas escalas de tempo do sistema solar, medidas em bilhões de anos, os corpos que se deslocam em órbita precisam estar longe o suficiente da massa em torno da qual se voltam "seguros".



O objeto pode girar. Isso acontece com grandes massas, e pequenas massas girando em torno de grandes. Existe um estado "estável", no qual ambas as massas estão conectadas de maneira ordenada (os dois corpos são virados um para o outro por um lado), mas os momentos de torção aparecerão em qualquer outra configuração. Esses momentos podem levar ao fato de que os objetos em espiral caem um sobre o outro ou se separam. Em outras palavras, a maioria dos satélites não inicia a vida em uma configuração perfeita.

Mas para uma descrição completa da situação “lua por lua”, mais um, o fator mais complexo, deve ser levado em consideração.



Os objetos não são isolados, e isso é muito importante. É muito simples fazer o objeto girar em torno de um corpo maciço - como a lua ao redor do planeta, um pequeno asteróide em torno de um grande corpo, Caronte em torno de Plutão - ou seja, fazer o objeto girar em torno de outro, que, por sua vez, ainda gira mais maciço. Normalmente, não levamos esse fator em consideração. Mas pense nisso com o exemplo do nosso planeta mais íntimo, Mercúrio.



Mercúrio gira relativamente rápido ao redor do Sol, então as forças gravitacionais e de maré que atuam nele são ótimas. Se qualquer outra coisa girasse em torno de Mercúrio, muitos fatores adicionais teriam que ser levados em consideração:
1. O vento solar (fluxo de partículas) se encontraria com Mercúrio e seu satélite, alterando suas órbitas.
2. O calor do sol pode levar a uma expansão da atmosfera de Mercúrio. E, embora não exista ar, as partículas da superfície aquecem e são jogadas no espaço, criando uma atmosfera insignificante, mas não desprezível.
3. Existe uma terceira massa, esforçando-se não apenas para ligar Mercúrio e seu satélite, mas também Mercúrio e o Sol.

Isso significa que existem duas opções para o satélite de Mercúrio.



Se o satélite estiver muito perto de Mercúrio, a saber:
• o satélite não gira rápido o suficiente,
• Mercúrio não gira rápido o suficiente para ser conectado ao Sol por forças das marés,
• o satélite diminui a velocidade do vento solar,
• o satélite freia a atmosfera de Mercúrio,

mais cedo ou mais tarde ele cairá em Mercúrio .



Por outro lado, um objeto correria o risco de ser lançado fora de órbita em torno de Mercúrio se estivesse muito longe, ou:
• o objeto girasse muito rápido,
• Mercúrio giraria muito rápido,
• O vento solar daria ao objeto velocidade extra,
• gravidade de outros os planetas afetariam o objeto,
• o aquecimento do Sol adicionou uma pequena quantidade de energia cinética a um pequeno satélite.



Dado todo o exposto, lembramos que existem planetas com luas! E embora o sistema de três corpos não seja estável, a menos que você o inclua na configuração mencionada, nas condições certas, a estabilidade pode ser alcançada em intervalos de bilhões de anos - e é tudo o que precisamos. Existem condições que facilitam nossa tarefa:
1. Remova o planeta / asteróide, que é o principal corpo maciço, longe do Sol, para que o vento solar, as labaredas e as forças das marés sejam pequenos.
2. Trazer o satélite do nosso corpo celeste para mais perto do corpo, para que ele esteja gravitacionalmente fortemente ligado a ele e não seja puxado por interações gravitacionais ou mecânicas externas.
3. Ao mesmo tempo, o satélite deve ser mantido longe o suficiente do corpo principal para que forças de maré, forças de atrito e outras influências não levem à colisão mútua.



Você deve ter adivinhado que para a lua existe um "arranjo correto" - uma distância várias vezes maior que o raio do planeta, mas não tão forte que o período de revolução seja longo. O período de revolução ao redor do planeta deve ser muito menor que o período de revolução do planeta ao redor da estrela.

Dado tudo isso, por que não vemos satélites nas luas do nosso sistema solar? Os asteróides troianos e seus satélites pessoais



reivindicam esse papel melhor , mas como não são luas de Júpiter, isso é um pouco diferente. O que então? Se mais simples, provavelmente não veremos isso, mas há esperança. Gigantes gasosos são bastante estáveis ​​e longe do sol. Eles têm muitas luas, muitas das quais são marés para o mundo dos pais. As luas grandes são mais adequadas para possuir satélites. Os melhores candidatos são: • o mais pesado possível, • relativamente longe do corpo celeste dos pais para minimizar a queda, • perto o suficiente para ser arrancado da órbita,





• suficientemente separado de outras luas, anéis e satélites, o que pode causar distúrbios no sistema.



Quais são os principais candidatos a luas em nosso sistema solar, capazes de ter seus próprios satélites estáveis?
• Calisto, lua de Júpiter. O mais distante de todos os principais satélites, remoto a 1.883.000 km e com um grande raio de 2.410 km. Um período de circulação suficientemente longo de 16,7 dias e uma velocidade de fuga bastante grande, 2,44 km / s.
• Ganimedes, lua de Júpiter. A maior lua do sistema solar (raio de 2 634 km). É 1.070.000 km distante de Júpiter - talvez não muito longe, ou seja, dois terços da distância entre Júpiter e a Europa. A maior velocidade de fuga entre todas as luas do Sistema Solar (2,74 km / s), mas o superpovoado sistema de Júpiter torna pequenas as chances de possuir suas próprias luas.
Iapetus, lua de Saturno. Pequeno, 734 km, mas distante de Saturno, com 3.561.000 km. Muito longe dos anéis de Saturno e separados do resto das grandes luas. Menos sua pequena massa e tamanho - a velocidade de fuga é de apenas 573 m / s.
• Titânia, a lua de Urano. A maior de suas luas, um raio de 788 km, está localizada a 436.000 km de Urano, com um período de circulação de 8,7 dias.
Oberon, a lua de Urano. A segunda maior lua (761 km), a mais distante (584 000 km), o período da revolução 13,5 dias. Mas Oberon e Titan estão muito próximos um do outro para permitir a combinação de "lua por lua".
• Tritão, lua de Netuno. Um grande objeto capturado no cinturão de Kuiper, com um raio de 1.355 km, fica a 355.000 km de Netuno e é maciço. Velocidade de fuga - 1,4 km / s. Ele seria meu melhor candidato para a lua do planeta, que tem seu próprio satélite natural.



Mas eu ainda não esperaria por esse fenômeno. As condições para o surgimento e preservação da “lua pela lua” apresentam dificuldades significativas, se você se lembrar de quantos objetos que podem interferir gravitacionalmente existem perto de gigantes gasosos. No caso de aceitar apostas, eu apostaria em Iapetus e Triton, uma vez que estão mais distantes do que os outros em seus mundos, isolados de corpos maciços, e a velocidade de fuga de sua superfície é bastante alta.

Mas enquanto essas configurações são desconhecidas para nós. Talvez todos esses argumentos estejam incorretos, e devemos procurar objetos nas extremidades do cinturão de Kuiper, ou mesmo na nuvem de Oort, onde há maiores chances para o nosso sistema solar.



Tanto quanto sabemos, esses objetos podem existir. É possível, mas requer condições especiais. Nossas observações até agora sugerem que essas condições não ocorrem nos sistemas solares. Mas é impossível dizer com certeza: o universo está cheio de surpresas. E com o aumento de nossos recursos de pesquisa, nossas descobertas aumentarão. Eu não ficaria muito surpreso se a próxima missão a Júpiter ou a outros gigantes do gás descobrisse esse fenômeno!

É possível que as luas existam nas luas e, para abri-las, você só precisa pesquisar no lugar certo?

Source: https://habr.com/ru/post/pt398235/