In het zonnestelsel is er een zon - in het midden - veel planeten, asteroïden, Kuipergordelobjecten en satellieten, het zijn ook manen. Hoewel de meeste planeten satellieten hebben, en sommige objecten uit de Kuipergordel en zelfs asteroïden ook hun eigen satellieten hebben, zijn er geen bekende "satellieten van satellieten" tussen. Of we hebben pech, of de fundamentele en uiterst belangrijke regels van de astrofysica bemoeilijken hun vorming en bestaan.
Als alles wat je in gedachten moet houden één enorm object in de ruimte is, lijken de dingen vrij eenvoudig. De zwaartekracht is de enige werkende kracht en u kunt elk object in een stabiele elliptische of cirkelvormige baan eromheen plaatsen. In dit scenario lijkt het erop dat hij voor altijd in zijn positie zal zijn. Maar andere factoren spelen hier een rol:
- het object kan een soort atmosfeer of een diffuse "halo" van deeltjes hebben;
- het object hoeft niet per se stationair te zijn, maar zal - waarschijnlijk snel - rond een as draaien;
- dit object hoeft niet per se geïsoleerd te zijn zoals u aanvankelijk dacht.
De getijdenkrachten die inwerken op Saturnusmaan Enceladus zijn voldoende om de ijskorst eruit te trekken en de ingewanden te verwarmen, zodat de ondergrondse oceaan honderden kilometers de ruimte in uitbarst
De eerste factor, sfeer, heeft alleen zin als laatste redmiddel. Typisch, een object dat in een massieve en solide wereld zonder atmosfeer draait, hoeft alleen het oppervlak van het object te vermijden en het zal voor onbepaalde tijd blijven hangen. Maar als de atmosfeer, zelfs ongelooflijk diffuus, wordt vergroot, zal elk lichaam in een baan te maken krijgen met de atomen en deeltjes die de centrale massa omringen.
Ook al denken we meestal dat onze atmosfeer een "einde" heeft en dat de ruimte op een bepaalde hoogte begint, de realiteit is dat de atmosfeer gewoon opdroogt naarmate je hoger en hoger gaat. De atmosfeer van de aarde strekt zich uit over vele honderden kilometers; zelfs het internationale ruimtestation zal uit een baan raken en in brand vliegen als we er niet constant op aandringen. Volgens de normen van het zonnestelsel moet een lichaam in een baan zich op een bepaalde afstand van een massa bevinden om "veilig" te blijven.
Promotie video:
Of het nu een kunstmatige satelliet is of een natuurlijke, doet er niet echt toe; als het rond een wereld met een substantiële atmosfeer draait, zal het de baan verlaten en op de dichtstbijzijnde wereld vallen. Alle satellieten in een lage baan om de aarde zullen dit doen, net als de satelliet Phobos van Mars
Bovendien kan het object roteren. Dit geldt zowel voor een grote massa als voor een kleinere die rond de eerste roteert. Er is een "stabiel" punt waarop beide massa's netjes worden vergrendeld (dat wil zeggen, altijd naar elkaar gericht aan één kant), maar elke andere configuratie zal een "koppel" creëren. Deze verdraaiing zal ofwel beide massa's naar binnen (als de rotatie langzaam is) of naar buiten (als de rotatie snel is) spiraalvormig. Op andere werelden worden de meeste satellieten niet in ideale omstandigheden geboren. Maar er is nog een factor waarmee we rekening moeten houden voordat we ons halsoverkop het probleem van de "satelliet van satellieten" induiken.
Het Pluto-Charon-model toont twee hoofdmassa's die om elkaar heen draaien. Een flyby van de "New Horizons" toonde aan dat Pluto of Charon geen interne satellieten hebben ten opzichte van hun onderlinge banen
Het feit dat het object niet geïsoleerd is, is van groot belang. Het is veel gemakkelijker om een object in een baan om een enkele massa te houden - zoals een maan bij een planeet, een kleine asteroïde bij een grote of Charon bij Pluto - dan om een object in een baan rond een massa te houden die zelf om een andere massa draait. Dit is een belangrijke factor en we denken er niet veel over na. Maar laten we er een seconde naar kijken vanuit het perspectief van onze planeet die het dichtst bij de zon staat, de maanloze planeet Mercurius.
Mercurius draait relatief snel rond onze zon, en daarom zijn de zwaartekracht- en getijdekrachten die erop inwerken erg groot. Als er iets anders rond Mercurius zou draaien, zouden er nog veel meer factoren zijn.
1. "Wind" van de zon (een stroom uitgaande deeltjes) zou tegen Mercurius en een object in de buurt botsen, waardoor ze uit hun baan zouden worden geslagen.
2. De warmte die de zon aan het oppervlak van Mercurius schenkt, kan leiden tot de uitbreiding van de atmosfeer van Mercurius. Ondanks het feit dat kwik geen lucht heeft, worden deeltjes op het oppervlak warm en worden ze de ruimte in gegooid, waardoor een zwakke atmosfeer ontstaat.
3. Ten slotte is er nog een derde massa die wil leiden tot de laatste getijdenblokkering: niet alleen tussen lage massa en Mercurius, maar ook tussen Mercurius en de zon.
Daarom zijn er voor elke maan van Mercurius twee extreme locaties.
Elke planeet die in een baan om een ster draait, zal het meest stabiel zijn wanneer ze door getijden wordt vergrendeld: wanneer de omloop- en rotatieperiode samenvallen. Als je een ander object toevoegt aan een baan om de planeet, wordt zijn meest stabiele baan wederzijds vergrendeld met de planeet en de ster nabij L2
Als de satelliet om een aantal redenen te dicht bij Mercurius staat:
- roteert niet snel genoeg voor zijn afstand;
- Mercurius roteert niet snel genoeg om met de zon te worden vastgehouden;
- vatbaar voor vertraging van de zonnewind;
- zal onderhevig zijn aan aanzienlijke wrijving door de atmosfeer van Mercurius, - het zal uiteindelijk naar de oppervlakte van Mercurius vallen.
Wanneer een object met een planeet in botsing komt, kan het puin optillen en nabijgelegen manen veroorzaken. Dit is hoe de maan van de aarde verscheen en ook de satellieten van Mars en Pluto.
Omgekeerd riskeert het uit de baan van Mercurius te worden geworpen als de satelliet te ver weg is en er andere overwegingen van toepassing zijn:
- de satelliet draait te snel voor zijn afstand;
- Mercurius draait te snel om netjes met de zon op slot te gaan;
- de zonnewind geeft extra snelheid aan de satelliet;
- interferentie van andere planeten duwt de satelliet naar buiten;
- de verwarming van de zon geeft extra kinetische energie aan een beslist kleine satelliet.
Met dat gezegd, houd in gedachten dat veel planeten hun eigen manen hebben. Hoewel een systeem met drie lichamen nooit stabiel zal zijn, zullen we onder de juiste omstandigheden miljarden jaren stabiel zijn, tenzij u de configuratie aanpast aan de ideale criteria. Hier zijn enkele voorwaarden die de taak gemakkelijker maken:
1. Neem een planeet / asteroïde zodat het grootste deel van het systeem aanzienlijk van de zon is verwijderd, zodat de zonnewind, lichtflitsen en getijdekrachten van de zon onbeduidend zijn.
2. Zodat de satelliet van deze planeet / asteroïde zich dicht genoeg bij het hoofdlichaam bevindt zodat hij niet zwaar zwaartekracht bengelt en niet per ongeluk naar buiten wordt geduwd tijdens andere zwaartekracht- of mechanische interacties.
3. Dat de satelliet van deze planeet / asteroïde ver genoeg verwijderd was van het hoofdlichaam zodat getijdekrachten, wrijving of andere effecten niet leiden tot nadering en samensmelting met het moederlichaam.
Zoals je misschien al geraden had, is er een "zoete roos" waarin de maan in de buurt van de planeet kan bestaan: meerdere keren buiten de straal van de planeet, maar zo dichtbij dat de omlooptijd niet te lang is en nog steeds aanzienlijk korter dan de omlooptijd van de planeet ten opzichte van de ster. Dus, als je dit allemaal bij elkaar neemt, waar zijn dan de satellieten van de satellieten in ons zonnestelsel?
Asteroïden in de hoofdgordel en Trojaanse paarden in de buurt van Jupiter hebben misschien hun eigen satellieten, maar ze beschouwen zichzelf niet als zodanig.
De dichtstbijzijnde die we hebben zijn Trojaanse asteroïden met hun eigen satellieten. Maar aangezien het geen "satellieten" van Jupiter zijn, is dit niet helemaal juist. Wat dan?
Het korte antwoord: zoiets zullen we waarschijnlijk niet vinden, maar er is hoop. Gasreuzenwerelden zijn relatief stabiel en ver genoeg van de zon verwijderd. Ze hebben veel satellieten, waarvan er vele netjes zijn vergrendeld met hun bovenliggende wereld. De grootste manen zijn de beste kandidaten voor satellieten. Ze zouden moeten zijn:
- zo groot mogelijk;
- relatief verwijderd van het moederlichaam om het risico op een botsing te minimaliseren;
- niet te ver weg om niet naar buiten te worden geduwd;
- en - dit is nieuw - goed gescheiden van andere manen, ringen of satellieten die het systeem zouden kunnen verstoren.
Welke manen in ons zonnestelsel zijn het meest geschikt om hun eigen satellieten te verwerven?
- Jupitermaan Callisto: de buitenste van alle grote manen van Jupiter. Callisto, dat 1.883.000 kilometer verderop ligt, heeft ook een straal van 2.410 kilometer. Hij reist in 16,7 dagen rond Jupiter en heeft een aanzienlijke ontsnappingssnelheid van 2,44 km / s.
- Jupiters maan Ganymede: de grootste maan in het zonnestelsel (straal van 2634 km). Ganymede is erg ver van Jupiter (1.070.000 kilometer), maar niet genoeg. Het heeft de hoogste ontsnappingssnelheid van alle satellieten in het zonnestelsel (2,74 km / s), maar het dichtbevolkte systeem van de reuzenplaneet maakt het buitengewoon moeilijk voor de satellieten van Jupiter om satellieten te vinden.
- Saturnusmaan Iapetus: niet erg groot (734 kilometer in straal), maar behoorlijk ver van Saturnus - op 3.561.000 kilometer op een gemiddelde afstand. Het is goed gescheiden van de ringen van Saturnus en van andere grote manen van de planeet. Het enige probleem is de geringe massa en omvang: de ontsnappingssnelheid is slechts 573 meter per seconde.
- Uranus 'satelliet Titania: Met een straal van 788 kilometer bevindt Uranus' grootste satelliet zich 436.000 kilometer van Uranus en voltooit zijn baan in 8,7 dagen.
- Uranus 'satelliet Oberon: de op een na grootste (761 kilometer), maar de meest verre (584.000 kilometer) grote maan voltooit zijn baan rond Uranus in 13,5 dagen. Oberon en Titania liggen echter gevaarlijk dicht bij elkaar, dus het is onwaarschijnlijk dat de "maan van de maan" tussen hen in zal verschijnen.
- Neptunus's satelliet Triton: dit gevangen Kuipergordelobject is enorm (1355 km in straal), ver van Neptunus (355.000 km) en enorm; het object moet met een snelheid van meer dan 1,4 km / s bewegen om het aantrekkingsveld van Triton te verlaten. Misschien is dit onze beste kandidaat voor het recht om uw eigen satelliet te bezitten.
Triton, de grootste maan van Neptunus en een gevangen object uit de Kuipergordel, is misschien wel onze beste gok voor een maan met een eigen maan. Maar Voyager 2 zag niets.
Met dit alles zijn er, voor zover we weten, geen satellieten in ons zonnestelsel met hun eigen satellieten. Misschien vergissen we ons en vinden ze aan het uiteinde van de Kuipergordel of zelfs in de Oortwolk, waar objecten een dubbeltje in een dozijn zijn.
De theorie zegt dat dergelijke objecten kunnen bestaan. Dit is mogelijk, maar het vereist zeer specifieke voorwaarden. Wat onze waarnemingen betreft, die zijn nog niet in ons zonnestelsel verschenen. Maar wie weet: het universum zit vol verrassingen. En hoe beter onze zoekmogelijkheden worden, hoe meer verrassingen we zullen vinden. Niemand zal verbaasd zijn als de volgende grote missie naar Jupiter (of andere gasreuzen) een satelliet in de buurt van een satelliet vindt. De tijd zal het leren.
ILYA KHEL