Czy księżyce mają księżyce?

Czy odkryliśmy jakieś naturalne satelity naturalnych satelitów planet lub planet karłowatych? Nawet bardzo małe lub stosunkowo krótkotrwałe - np. Pierścienie wokół księżyców Saturna, niektóre meteoryty krążące wokół księżyców Jowisza lub coś na orbitę Charona? A może Księżycowe Gwiezdne Planety to najgłębszy naturalnie występujący poziom rekurencji na orbicie?

natural-satellites

— SF.
źródło

Nie mam żadnych twardych dowodów, ale myślę, że księżyc jest częściowo zdefiniowany przez orbitę wokół planety, a w przeciwnym razie może być po prostu naturalnym satelitą. Zakłada się, że obiekt nie jest wciągany na orbitę planety, ponieważ jest znacznie silniejszy.

— RhysW,

Zwykle używam tytułów, które są bardziej opisowe niż oparte na faktach; Zwykle wyjaśniam więcej i trzymam się właściwej nomenklatury w treści pytania. Jeśli chodzi o „zakładanie”, cóż, właśnie o to pyta to pytanie!

— SF.

Hmmm na jakim poziomie chcesz, żebyśmy przestali? Ponieważ nie sądzę, aby istniał jakikolwiek odpowiedni limit wielkości lub limit liczby iteracji mniejszych obiektów krążących wokół nieco większej. W tym przypadku Rhea może mieć swój własny system pierścieni, co, jeśli to prawda, oznaczałoby, że ma wtedy małe księżyceczki . Pamiętam też, że pokrywa anteny unosi się wokół ISS , chociaż jest to już podwójny system LOL ze sztucznym satelitą. Możliwe są również zwariowane orbity, na przykład podkowy, które mogą uwięzić asteroidy między dwoma ciałami. ;)

— TildalWave

@TildalWave: Jeśli jest jakiś poziom dla naturalnych satelitów, chciałbym to wiedzieć. (sztuczne satelity takie jak ta osłona anteny nie liczą się). Jeśli Rhea ma pierścień, tego właśnie szukam. Każda okresowa orbita działałaby, ale proszę nie oszukiwać, jak dwa nakładające się na siebie minimalnie eliptyczne orbity, które sprawiają, że ciała poruszają się po sobie wokół siebie po okrągłej ścieżce, mimo że tak naprawdę nie oddziaływują grawitacyjnie ze sobą, po prostu podążając niezależną ścieżką wokół swojej planety.)

— SF.

Szczerze mówiąc, nie wiem od czego zacząć. To trochę tak, jakby zapytać, ile ząbków może znajdować się w zegarku, i nadal pokazuje prawdziwy czas. Układy planetarne mogą być tak złożone w teorii, jak jesteśmy w stanie sobie wyobrazić, i tak złożone w rzeczywistości, jak jesteśmy w stanie zaobserwować.

— TildalWave

Odpowiedzi:

Nie sądzę, żeby były jakieś w Układzie Słonecznym. Mamy około 250 planetoid z księżycami . Pierścień Rhei wydaje się być jedynym wyjątkiem.

Edycja: Pierwotnie powiedziałem: „Księżyc z księżycem byłby niestabilnym układem z powodu grawitacyjnego wpływu planety”. @Florian nie zgadza się z tym. Jednak odpowiedź jest bardziej złożona niż sama kula Hill.

Przy pierwszym przybliżeniu kula Hill daje promień, w którym orbity wokół księżyca mogłyby być stabilne. Promień naszego Wzgórza Księżyca wynosi 64000 km.

W przypadku własnego Księżyca wiemy, że większość niskich orbit jest niestabilna ze względu na tusz do rzęs : stężenia masy poniżej powierzchni, które powodują, że pole grawitacyjne Księżyca jest wyraźnie nierówne. Istnieją tylko cztery nachylenia, w których obiekt krążący wokół Księżyca omija wszystkie maskotki i byłby stabilny: 27º, 50º, 76º i 86º.

Wysokie orbity nad Księżycem również nie są bezpieczne: powyżej 1200 km i nachyleń powyżej 39,6º grawitacja Ziemi zakłóca orbitę satelity. Zauważ, że orbity te mieszczą się wygodnie w kuli Wzgórza Księżyca.

Istnieją stabilne orbity przy dużych nachyleniach i wysokiej ekscentryczności:
Stabilna orbita księżyca

Podobnie jak w przypadku innych księżyców w Układzie Słonecznym: większość z nich jest mniejsza i krąży wokół większych planet, więc ich kule Hill są małe, a grawitacja planety zakłóci znaczną część objętości wewnątrz kuli Hill.

Księżyce poniżej granicy, gdzie ich grawitacja jest wystarczająco silna, aby uczynić je sferycznymi, będą miały problemy z nierównymi polami grawitacyjnymi. Tusz do rzęs może być również obecny.

— Hobbes
źródło

„księżyc z księżycem byłby niestabilnym układem” - to nieprawda. Orbity są stabilne w kuli Hill. BTW, nie używaj artykułów popsci.com jako „dowodów potwierdzających”.

— Florin Andrei

Napisz lepszą odpowiedź.

— Hobbes

W każdym razie w artykule nie wspomniano o „niestabilnych systemach” :)

— Py-ser

Cóż, „głazy o wielkości do kilku decymetrów” w pierścieniu Rhei nie są dokładnie „księżycami”, ale nie zawahałbym się nazwać ich „naturalnymi satelitami”, więc tak, to oczywiście przypadek satelity planety z własnym naturalne satelity.

— SF.

Istnieje tu wcześniejsza odpowiedź twierdząca, że „księżyc z księżycem byłby niestabilnym układem”. To jest niepoprawne.

Intuicyjnie: Oczywiście satelity mogą mieć satelity ze stabilnymi orbitami długoterminowymi. Pomyśl o Ziemi krążącej wokół Słońca i Księżycu krążącym wokół Ziemi. Orbita Księżyca (satelita satelity) jest stabilna przez długi czas.

Bardziej rygorystycznie:

Orbita satelity satelity będzie stabilna, jeśli będzie wystarczająco głęboko w kuli Hill , w tak zwanym prawdziwym regionie stabilności. Granice są nieco rozmyte, ale prawdziwym regionem stabilności jest zazwyczaj dolna 1/3 do 1/2 kuli Hill.

Jeśli spojrzysz na potencjał grawitacyjny, kula Hill jest obszarem, w którym kontury stają się okrągłe. Głęboko w tej strefie orbity są stabilne przez długi czas:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Podsumowując: Księżyc może mieć własne księżyce, jeśli jest wystarczająco duży i wystarczająco daleko od planety, a jeśli księżyce wtórne są wystarczająco blisko księżyca pierwotnego.

Jeden ze sposobów obliczenia kuli Hill podano na stronie wiki, do której prowadzi link powyżej. Więcej matematyki można znaleźć tutaj:

http://www.jgiesen.de/astro/stars/roche.htm

Kilka dodatkowych artykułów na temat długoterminowej stabilności orbit satelitarnych:

http://mnras.oxfordjournals.org/content/391/2/675.full

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/001910359190039V

http://mnras.oxfordjournals.org/content/373/3/1227.full

— Florin Andrei
źródło

-1, to odpowiedź jest niepoprawna. Kula Hill jest tylko przybliżeniem, a dla księżyca nie jest dobrym przybliżeniem regionu stabilności. Kula Hill ignoruje zaburzenia takie jak grawitacja niesferyczna, inne ciała grawitacyjne (np. Słońce w przypadku kuli Hill Księżyca), efekty takie jak mechanizm Kozai i siły nie grawitacyjne.

— David Hammen

Teoretycznie możliwe jest, że naturalne księżyce księżyców istnieją na stabilnych orbitach. Jest artykuł z 2018 roku, który omawia ten temat. Ich obliczenia pokazują, że kilka księżyców w Układzie Słonecznym jest teoretycznie zdolnych do przyjmowania długowiecznych księżyców księżyców, w tym Tytana i Japeta Saturna, Callisto Jowisza i Księżyc Ziemi. Jednak do tej pory nie zaobserwowano żadnych takich księżyców. (Nawiasem mówiąc, istnieje lista proponowanych terminów dla księżyców, z których najbardziej popularne wydają się być „submoon” i „moonmoon”).

W tym artykule znajduje się dobre streszczenie artykułu.

Prawdą jest, że kula Hill jest przybliżeniem, a zaburzenia z innych ciał grawitacyjnych i promieniowania mogą destabilizować orbitę nawet w obrębie kuli Hill ciała. Jest jednak przyzwoite oszacowanie, że jeśli orbita znajduje się w promieniu połowy promienia kuli Hilla, to będzie ona stabilna przez miliardy lat.

Artykuł zawiera kilka wykresów pokazujących, że w Układzie Słonecznym znajduje się kilka księżyców, które mogą mieć submony w skali 10 km, które są stabilne przynajmniej przez wiek Układu Słonecznego, pod wpływem pływów planety-księżyca:

Autorzy artykułu zauważają jednak, że powyższe wykresy nie uwzględniają niestabilności dynamicznych, takich jak niezwykłe rozkłady masy Księżyca, zaburzenia Słońca i Ziemi, dynamiczne interakcje między księżycami w układach wielu księżyców oraz dynamiczne zdarzenia rozproszenia między planetami.

Jednak równikowy grzbiet Japetusa może wskazywać na istnienie podmorskiej przeszłości. Levison i in. (2011) wysunął teorię, że grzbiet ten powstaje w wyniku zderzenia generującego submoon, w którym submoon został wypchnięty pływowo na zewnątrz, a pas gruzu został popchnięty do wewnątrz, aby utworzyć grzbiet. Alternatywnie, Dombard i in. (2012) wysunął teorię, że pas został spowodowany przez submoon spiralnie skierowany do wewnątrz i rozdarty na kawałki.

Wciąż jednak nie widzieliśmy bezpośrednio żadnych podstron. Jednym z powodów może być to, że są zbyt małe, aby je zobaczyć. Trudno byłoby dostrzec coś o szerokości 10 metrów krążące wokół Księżyca, nie mówiąc już o Tytanie.

Chociaż fakt, że nie widzieliśmy żadnego z tych teoretycznie możliwych większych, sugeruje, że może istnieć inny powód, dla którego nie są one powszechne.

Na przykład może być po prostu zbyt trudno im się uformować w chaosie gazu i pyłu krążącego wokół gwiazdy dziecka. Fale sprawiają, że orbity księżyców rozszerzają się w czasie, więc to, co jest teraz wygodne, to nie byłoby miliardy lat temu. Na przykład Księżyc prawdopodobnie uformował się w promieniu kilku promieni Ziemi od naszej planety, co byłoby o wiele za blisko planety, aby submoon był możliwy. Być może jest to po prostu zbyt rzadkie i mało prawdopodobne, aby księżyc uchwycił asteroidę i przekształcił ją w submoon.

— ahiijny
źródło