Вядома, што ў сістэме Сатурна ёсць неверагодная колькасць кольцаў і лун, але ніводная з лун, пра якія мы ведаем, не мае сваіх уласных лун. Малюнак: NASA / JPL.

Ці могуць луны мець свае спадарожнікі?

Гэта не жарт XZibit; гэта сапраўднае навуковае пытанне. І адказ можа быць, што ўсё ж магчыма.

"Людзі, якія працуюць кожны дзень, баяцца таго, чаго яны не разумеюць". -Мычы Джызі

У Сонечнай сістэме ў нас ёсць цэнтральнае Сонца, мноства планет, астэроідаў, аб'ектаў пояса Койпера і луны. У той час як на большасці планет ёсць луны, а некаторыя аб'екты пояса Койпера і нават астэроіды маюць прыродныя спадарожнікі, якія выходзяць з іх на арбіту, там няма ніякіх "лунаў луны". Гэта можа быць не таму, што нам проста не пашанцавала; Магчыма, існуе некалькі прынцыпова важных правілаў астрафізікі, якія робяць незвычайна цяжкім існаванне такога аб'екта.

Калі ўсё, што ў вас ёсць, - гэта адзіны, масіўны аб'ект у космасе для разгляду, усё здаецца даволі проста. Вы разумееце, што гравітацыя будзе адзінай сілай у працы, і таму вы зможаце размясціць любы аб'ект на ўстойлівай, эліптычнай ці кругавой арбіце вакол яго. Пры такой наладзе вы маглі б чакаць, што гэта будзе працягвацца вечна. Але ёсць і іншыя фактары, у тым ліку:

  • гэты аб'ект можа мець нейкую атмасферу ці дыфузны "арэол" часціц вакол яго,
  • гэты аб'ект не абавязкова нерухомы, але можа круціцца - магчыма, хутка - каля восі,
  • і што гэты аб'ект не абавязкова такі ізаляваны, як вы меркавалі першапачаткова.
Сілы прыліву, якія дзейнічаюць на Месяцы Энцэладуса Сатурна, дастаткова, каб развесці яго ледзяную скарынку і разагрэць салон, што дазваляе падземным акіянам вырывацца ў космас на сотні кіламетраў. Малюнак: NASA / JPL-Caltech / Cassini.

Першы фактар, атмасфера, мае значэнне толькі ў самых крайніх выпадках. Звычайна аб'ект, які круціцца вакол масіўнага, цвёрдага свету без атмасферы, проста павінен пазбягаць паверхні аб'екта, і ён можа заставацца круціцца вакол яго назаўсёды. Але калі вы кідаеце ў атмасферу, нават неверагодна дыфузную, любым арбітальным целам давядзецца змагацца з тымі атамамі і часціцамі, якія атачаюць цэнтральную масу.

Хоць мы звычайна думаем, што наша атмасфера мае "канец" і прастору, якая пачынаецца з пэўнай вышыні, рэчаіснасць такая, што атмасфера проста разрэджваецца, калі вы ідзяце на больш высокія і высокія ўзвышшы. Атмасфера Зямлі працягваецца на працягу многіх сотняў кіламетраў; Нават міжнародная касмічная станцыя калі-небудзь распадзе і сустрэне вогненную гібель, калі мы не будзем яе пастаянна павялічваць. За часовыя рамкі Сонечнай сістэмы мільярды гадоў, справа ў тым, што арбітальныя целы павінны знаходзіцца на некаторай адлегласці ад той масы, якую яны круцяцца, каб быць "бяспечным".

Будзь спадарожнік натуральным ці штучным, вялікае значэнне не мае; калі ён знаходзіцца на суседняй арбіце ў свеце з істотнай атмасферай, арбіта загніе і яна ўпадзе назад на галоўны свет. Усе спадарожнікі на нізкай зямной арбіце зробяць гэта, як і Марс-Месяц Фобас. Крэдыт малюнка: NASA / Orion program / Ames.

Акрамя таго, аб'ект можа круціцца. Гэта датычыцца як вялікай масы, так і меншай вакол яе. Там ёсць "стабільная" кропка, калі абедзве масы прышпілены адно да аднаго (дзе абедзве заўсёды маюць адзін і той жа бок, які паказвае адзін на аднаго), але калі ў вас ёсць нейкая іншая канфігурацыя, будзе адбывацца нейкае "закручванне". Гэты крутоўны момант можа працаваць альбо па спіралі дзвюх мас унутр (калі паварот занадта павольны), альбо вонкі (калі кручэнне занадта хуткае), каб адбыцца замак. Іншымі словамі, большасць спадарожнікаў не запускаецца ў ідэальнай канфігурацыі! Але ёсць яшчэ адзін фактар, які нам трэба зрабіць, каб перайсці да выпуску "лунных месяцаў" і па-сапраўднаму зразумець, у чым складанасць.

Мадэль сістэмы Плутон / Харон паказвае дзве асноўныя масы, якія кружацца вакол адзін аднаго. Налёт

Тое, што аб'ект не ізаляваны, сапраўды вялікая справа. Значна прасцей утрымліваць аб'ект на арбіце вакол адной масы - напрыклад, Месяц вакол планеты, маленькі астэроід вакол вялікага ці Харон вакол Плутона - чым захаваць аб'ект на арбіце вакол масы, якая сама арбітуе. іншая маса. Гэта велізарны фактар, і гэта не той, які мы звычайна лічым. Але падумайце на імгненне з пункту гледжання нашай патаемнай, бязмесячнай планеты, Меркурыя.

Сусветная мазаіка планеты Меркурый на касмічным караблі NASA Messenger. Малюнак: NASA-APL.

Меркурый круціцца на нашым Сонцы адносна хутка, а значыць, сілы гравітацыі і прыліву на ім вельмі вялікія. Калі б яшчэ нешта арбітала Меркурый, то цяпер было б вялікая колькасць дадатковых фактараў

  1. "Вецер" ад Сонца (паток знешніх часціц) урэзацца як у Меркурый, так і ў аб'ект, які круціцца вакол яго, абураючы арбіты.
  2. Цяпло, якое Сонца падае на паверхню Меркурыя, можа прывесці да пашырэння атмасферы Меркурыя. Нават нягледзячы на ​​тое, што Меркурый знаходзіцца ў беспаветраным стане, часціцы на паверхні награваюцца і выкідваюцца ў космас, ствараючы атмасферную, але нязначную атмасферу.
  3. І, нарэшце, ёсць трэцяя маса, якая хоча прывесці да канчатковага прыліву: каб мець не толькі гэтую малую масу і Меркурый, замкнутыя адна на адну, але і каб Меркурый быў зафіксаваны да Сонца.

Гэта азначае, што для любога спадарожніка Меркурыя ёсць два абмежавальныя месцы.

Кожная планета, якая круціцца на зорцы, будзе найбольш устойлівай, калі яна будзе прыціснута да яе: там, дзе яе арбітальны і круцільны перыяды супадаюць. Калі вы дадаеце іншы аб'ект, які круціцца на планеце, самая стабільная арбіта будзе знаходзіцца ва ўзаемным прыліўным замку з планетай і зоркай, побач з пунктам L2. Малюнак: НАСА.

Калі спадарожнік занадта блізкі да Меркурыя любымі спосабамі:

  • спадарожнік не круціцца досыць хутка на сваю адлегласць,
  • Меркурый не круціцца досыць хутка, каб дамагчыся прыліву з Сонцам,
  • адчувальны да запаволення сонечнага ветру,
  • альбо падвяргаецца дастатковага трэння з атмасферы Меркурыя,

у канчатковым выніку ён урэзацца ў паверхню Меркурыя.

Калі аб'ект сутыкнецца з планетай, ён можа выгнаць смецце і прывесці да адукацыі суседніх лун. Вось адкуль узяўся Месяц Зямлі, а таксама там, дзе лічылі, што ўзніклі таксама луны Марса і Плутона. Малюнак: NASA / JPL-Caltech.

А на адваротным баку ён рызыкуе выкінуць з арбіты Меркурыя, адсунуўшы яго ў выпадку, калі спадарожнік занадта далёкі, і ў сувязі з іншымі фактамі:

  • спадарожнік круціцца занадта хутка на сваю адлегласць,
  • Меркурый круціцца занадта хутка, каб заблакаваць Сонца,
  • сонечны вецер дае дадатковую хуткасць спадарожніку,
  • абуральныя ўздзеяння іншых планет працуюць, каб выкінуць Месяц або спадарожнік, які ўтрымліваецца пад уздзеяннем,
  • альбо нагрэў ад Сонца надае дадатковую кінэтычную энергію досыць малому спадарожніку.
З цягам часу пэўная канфігурацыя можа прывесці да выкідвання няўстойлівых спадарожнікаў або спадарожнікаў з планетарных сістэм. Імідж: Шантану Басу, Эдуард Ігаравіч Вараб'ёў і Аляксандр Леанід Дэсуза; http://arxiv.org/abs/1208.3713.

Цяпер, пры ўсім сказаным, ёсць планеты з лунамі! Нягледзячы на ​​тое, што сістэма з трыма кузавамі ніколі не з'яўляецца стабільнай, калі вы не знаходзіцеся ў ідэальнай канфігурацыі, на якую гаварылася раней, пры правільных абставінах мы можам дасягнуць стабільнасці ў тэрмінах мільярдаў гадоў. Ёсць некалькі ўмоў, якія палягчаюць:

  1. Пакажыце, што галоўная маса сістэмы планеты / астэроіда знаходзіцца дастаткова далёка ад Сонца, каб сонечны вецер, паток сонечнага святла і прыліўныя сілы Сонца былі малымі.
  2. Паспрабуйце, каб спадарожнік гэтай планеты / астэроіда быў дастаткова блізкім да асноўнага корпуса, каб ён не быў занадта свабодна звязаны, гравітацыйна, так што наўрад ці выганяць яго з іншага гравітацыйнага або механічнага ўзаемадзеяння.
  3. Дазвольце спадарожніку гэтай планеты / астэроіда быць дастаткова далёкім ад асноўнага корпуса, каб прыліўныя, фрыкцыйныя і іншыя эфекты не прымусілі яго натхніцца і зліцца з бацькоўскім целам.

Як вы ўжо здагадаліся, ёсць "мілая пляма" для Месяца, які існуе вакол планет: у некалькі разоў далей, чым радыус планеты, але досыць блізка, што арбітальны перыяд не занадта доўгі: усё ж значна карацей арбітальнай планеты перыяд вакол сваёй зоркі. Дык калі ўлічыць усё гэта, дзе знаходзяцца спадарожнікі спадарожнікаў нашай сонечнай сістэмы?

Астэроіды, прысутныя ў галоўным поясе, і траянскія астэроіды вакол Юпітэра могуць мець уласныя спадарожнікі, але гэтыя аб'екты не адносяцца да спадарожнікаў. Малюнак: Прырода.

Найбліжэйшае, што мы маем, гэта тое, што ў нас ёсць траянскія астэроіды са сваімі спадарожнікамі, але паколькі ні адзін з гэтых «лун» Юпітэра, гэта не зусім адпавядае рахунку. Што тады?

Кароткі адказ такі: мы наўрад ці ўбачым яго наогул, але ёсць надзея. Міры газавага гіганта даволі стабільныя і даволі далёкія ад Сонца. У іх ёсць мноства лун, многія з якіх ужо прыхаваны да бацькоўскага свету. Самыя вялікія луны - лепшыя кандыдаты ў жыллёвыя спадарожнікі. Лепшымі кандыдатамі будуць:

  • максімальна масавы,
  • адносна далёка ад бацькоўскага арганізма, каб мінімізаваць унутраны рызыка,
  • не так далёка, што ёсць верагоднасць лёгкага выкіду,
  • і - гэта новая - добра аддзеленая ад любых іншых спадарожнікаў, кольцаў ці спадарожнікаў, якія маглі б перашкаджаць вашай сістэме.
Асноўныя спадарожнікі нашай Сонечнай сістэмы маглі ўтрымліваць некаторыя аб'екты з кандыдатамі, якія маглі б мець арбіты самастойна. Калі б многія з гэтых спадарожнікаў размяшчаліся па-рознаму, астраномы маглі б вызначыць іх як планеты. Крэдыт малюнка: Эмілі Лакдавалла, праз http://www.planetary.org/multimedia/space-images/charts/the-not-planets.html. Месяц: Гары Аррылага. Іншыя дадзеныя: NASA / JPL / JHUAPL / SwRI / UCLA / MPS / IDA. Апрацоўка - Тэд Стрык, Гордан Угарковіч, Эмілі Лакдавалла і Джэйсан Пэры.

З улікам усяго сказанага, якія лепшыя кандыдаты на луны ў нашай Сонечнай сістэме могуць мець свае ўласныя стабільныя луны?

  • Месяц Капіста Юпітэра: самы крайні з усіх асноўных спадарожнікаў Юпітэра на 1883000 км, Каліста таксама вялікі з радыусам 2410 км. На арбіце Юпітэра патрабуецца адносна часу на 16,7 дня, а хуткасць уцёкаў - 2,44 км / с.
  • Месяц Юнітэра Ганімед: самая вялікая Месяц у Сонечнай сістэме (у радыусе 2634 км), Ганімед далёкі ад Юпітэра (1070 000 км), але, магчыма, недастаткова далёкі. (Гэта толькі яшчэ 50% адлегласці, далёкай ад арбіты Еўропы.) Ён мае найбольшую хуткасць уцёкаў у любой луне Сонечнай сістэмы (2,74 км / с), але высоканаселеная жоўская сістэма робіць яе менш верагоднай, чым любы з Спадарожнікі Юпітэра маюць спадарожнікі.
  • Месяц Япета Сатурна: ён не такі вялікі (у радыусе 734 км), але Япет далёкі ад Сатурна на сярэдняй арбітальнай адлегласці 3,561 000 км ад нашай кальцавой планеты. Ён знаходзіцца па-за межамі кольцаў Сатурна і добра аддзелены ад усіх іншых буйных лун. Недахопам з'яўляецца яго малая маса і памеры: для таго, каб пазбегнуць паверхні Япета, трэба рухацца толькі 573 метра ў секунду.
  • Месяца тырана Урана: у радыусе 788 км, гэта самая вялікая луна Урана, якая знаходзіцца каля 436 000 км ад Урана і займае 8,7 дзён на арбіце.
  • Уран "Месяц Аберон: Другі па велічыні Уран (761 км), але самай далёкай (584 000 км) вялікай Месяцы, для арбіты Урана патрабуецца 13,5 дзён. Аберон і Тытанія, аднак, знаходзяцца ў небяспечным (і, магчыма, недабрабытным) стане блізка адзін да аднаго, каб дазволіць "Усямесячны месяц" адбывацца вакол Урана.
  • Трытон Месяца Нептуна: гэты захоплены аб'ект пояса Койпера велізарны (у радыусе 1355 км), далёкі ад Нептуна (355 000 км) і масіўны; Для таго, каб пазбегнуць сілы цяжару трытона, аб'екту трэба праехаць звыш 1,4 км / с. Магчыма, гэта будзе мая лепшая «стаўка» на Месяц планеты, які меў уласны прыродны спадарожнік.
Трытон, гіганцкая луна Нептуна і захоплены аб'ект пояса Койпера, можа быць адной з нашых лепшых ставак на Месяц з уласнай поўняй. Але Voyager 2 гэтага не бачыў. Малюнак: NASA / JPL / Voyager 2.

Але з улікам усяго сказанага я не спадзяваўся б на гэта. Умовы набыцця і ўтрымання месяцовага месяца ствараюць надзвычай складаныя цяжкасці, калі ўлічыць, колькі гравітацыйна абуральных аб'ектаў ёсць у гэтых газавых гіганцкіх сістэмах. Калі б мне трэба было рабіць стаўкі, я б сказаў, што Іапетус і Трытон былі найбольш верагоднымі кандыдатамі на "месяцовую луну", бо яны самыя далёкія галоўныя спадарожнікі свайго свету, яны некалькі ізаляваныя ад іншыя вялікія масы, і хуткасць уцёкаў з паверхні кожнага з гэтых светаў па-ранейшаму даволі значная.

Але пры ўсім сказаным, наколькі мы ведаем, мы да гэтага часу нічога не ведаем. Магчыма, і ў гэтых развагах усё няправільна, і наша лепшая стаўка будзе на самай справе ў далёкіх межах Пояс Койпера ці нават Воблака Оорта, дзе ў нас проста так шмат больш шанцаў, чым калі-небудзь у нашай Сонечнай сістэме.

Вядома, аб'ект пояса Койпера павінен мець месяц са сваім месяцам, каб лічыцца месяцам, які мае Месяц. Дыстанцыі ў гульні, верагодна, павінны быць вельмі вялікімі; у нейкі момант энергія гравітацыйнага звязвання становіцца вельмі маленькай, і вобласць, якую вы маеце для поспеху, надзвычай вузкая. Малюнак: Роберт Херт (IPAC).

Наколькі нам вядома, гэтыя аб'екты маглі б існаваць: гэта магчыма, але для гэтага патрэбныя вельмі канкрэтныя ўмовы, якія запатрабуюць даволі значнай павагі. Наколькі мы назіраем, гэтая пачвара не была ў нашай Сонечнай сістэме. Але ніколі не ведаеш: Сусвет поўны сюрпрызаў. І чым лепш нашы магчымасці выглядаюць, тым больш мы імкнемся знайсці. Я быў бы не вельмі здзіўлены, калі наступная вялікая місія Юпітэра (ці іншых газавых гігантаў) раскрые гэта дакладнае з'ява! Магчыма, луны-луны сапраўдныя, і проста трэба пашанцавала паглядзець у патрэбным месцы, каб раскрыць іх.

Цяпер пачынаецца з выбуху на Forbes, і апублікаваны на Medium дзякуючы нашым прыхільнікам Patreon. Этан з'яўляецца аўтарам дзвюх кніг "За межамі Галактыкі" і "Трэкнологія: Навука пра зорны шлях" ад трыкутнікаў да "драйву".