Les Llunes Poden Tenir Llunes Si Be De Vegades
La gent curiosa sobre l’Univers em fa moltes preguntes. Alguns d’ells són més comuns que d’altres. Són reals els forats negres? (Sí.) Crec en els extraterrestres i els plats voladors? ( Sí i no. )
Una altra, que m’he preguntat sobre mi, és: les llunes poden tenir llunes?
El problema s’ha plantejat recentment per dos motius: un és el possible descobriment recent d’una lluna que orbita al voltant d’un exoplaneta. L’altra és que van publicar un parell d’astrònoms, Juna Kollmeier i Sean Raymond un document que fa uns càlculs força interessants sobre tot això per veure si realment una lluna pot tenir una lluna pròpia.
Irònicament, literalment, uns dies abans que sortís aquest document, Jo també ho vaig especular :
En aquest fil, repasso breument alguns conceptes, però aquí hi ha moltes coses més. Així que donem una ullada.
Una lluna pot tenir una lluna? Resulta que hi ha una resposta fàcil i més complicada (però encara genial). El més fàcil és: Sí! I això ja ho sabíeu, si ho pensàveu de la manera correcta. Al cap i a la fi, diverses missions Apollo van orbitar al voltant de la Lluna i tenim altres sondes que també ho han fet, com el meravellós Orbiter de reconeixement lunar (Vull dir, vull, és allà mateix al nom).
Però això no és realment el que voleu dir, oi? Voleu saber si natural la lluna pot orbitar una altra lluna.
La resposta a això és diferent. És: Sí! Però només de vegades . I no n’hem vist mai cap. Almenys encara no.
En primer lloc, què és una lluna? En poques paraules, és un objecte que orbita al voltant d’un planeta (què és un planeta? Bé, això és més difícil de definir i, a més, l’IMO no és massa important). Així doncs, un planeta gira al voltant d’una estrella (normalment) i una lluna gira al voltant d’un planeta.
Llavors, què orbita una lluna? Hi ha hagut alguna discussió sobre com anomenar-ho, i si bé a algunes persones els agrada la lluna de lluna, no m’importa. No perquè sigui una ximpleria: el cel sap que en tenim molts noms ximples per a classes de coses a l’espai, però perquè és difícil de dir i no és tan descriptiu com podria ser.
Prefereixo la sublluna. És més fàcil de dir i el significat és clar *.
Per tant, les submeses. Resulta que ells llauna existeix, però només en determinades condicions. I per a això, hem de parlar de gravetat.
La Terra i la Lluna, vistes per la sonda espacial NEAR-Shoemaker el 1998 en el seu camí cap a la cita amb l’asteroide Eros. Crèdit: NEAR Spacecraft Team, JHUAPL, NASA
Mireu la Terra i la Lluna, per exemple. La Terra és molt més massiva, per uns 80, que la Lluna. Això vol dir que si col·loqueu alguna cosa en una àmplia òrbita al voltant de la Lluna, la gravetat de la Terra pot ser suficient per arrencar-la. Com més lluny hi ha una sublluna al voltant de la Lluna, més influència té la Terra. Fins i tot si la Terra no simplement l’arrenca de l’òrbita, la gravetat de la Terra pot ser suficient pertorbar canvieu l’òrbita subtilment. Després, cada vegada que passa entre la Lluna i la Terra, l’òrbita canvia una mica. Aquests se sumen i, finalment, la sublluna es perd, es llença a l’espai o s’enfonsa contra la Lluna o la Terra.
Resulta que podeu modelar aquest efecte mitjançant la física i les matemàtiques. Quan ho feu, trobareu que hi ha un volum al voltant d’una lluna on la influència de la lluna és molt més forta que la del planeta i que una sublluna pot ser estable (en realitat es va fer per esbrinar la influència d’un planeta al seu voltant quan orbita una estrella, però les matemàtiques són les mateixes). Aquest volum d’espai s’anomena l’esfera Hill .†
La mida de l’esfera Hill d’una lluna depèn de tres coses: la massa del planeta que orbita, la massa de la lluna i la distància que té el planeta de la lluna. Això té sentit; una lluna més massiva pot aguantar millor les subllunes, però un planeta més massiu ho fa més difícil. I si sou massa a prop del vostre planeta, allunya la sublluna.
Les matemàtiques no són tan difícils (en la seva majoria es poden connectar i xafardejar). Per exemple, utilitzant la Terra i el Sol, l’esfera del turó de la Terra té un radi d’uns 1,5 milions de quilòmetres, molt més enllà de la distància de la Lluna de 385.000 km.
Curiosament, l’esfera de Moon’s Hill es troba a uns 58.000 km del seu centre (o aproximadament a 56.000 km de la seva superfície, el que suposa el seu radi). Això és força gran! Així que sí, la Lluna pot tenir una sublluna.
Per ser exigent, resulta que, fins i tot si us trobeu dins d’una esfera Hill d’una lluna, la gravetat del planeta encara us pot incitar i incitar, desestabilitzant-vos amb el pas del temps. És difícil de calcular, però es calcula que és estable durant molt de temps (com ara milers de milions d’anys) si es troba a la meitat del radi de l’esfera Hill. Per tant, per a la Lluna, a menys de 28.000 km de la superfície.
Però hi ha un problema si també ho aconsegueixes Tanca a una lluna, també. Vull dir, òbviament, que heu d’estar fora de la superfície de la lluna per orbitar, o bé kapow . Impacte. Però també hi ha el problema de marees .
En poques paraules, les marees són un efecte de la gravetat. Com que la gravetat es debilita amb la distància, un objecte gran pròxim a un més gran sent diferents quantitats de gravetat en tota la seva amplada. Si aquesta diferència augmenta massa, pot arrencar l'objecte.
Es diu aquesta distància on això passa el límit Roche . Depèn de moltes coses, incloses les masses dels dos objectes i la mida del més petit. També podeu calcular-lo en funció de la proporció dels dos objectes. densitats i la mida del fitxer més gran un. Però, al final, vol dir que no es pot obtenir una sublluna massa gran i pròxima en relació amb la seva lluna pare, o bé es trencarà.
I ara, per fi, podem fer una ullada el que es va trobar pels astrònoms que van analitzar això i van fer les matemàtiques. Van fer una pregunta molt específica: es pot aconseguir una sublluna que orbiti una lluna al nostre sistema solar i que l’òrbita sigui estable durant la vida del sistema solar, 4.600 milions d’anys?
Un gràfic que mostra quines llunes del sistema solar poden tenir subllunes. L’eix x és la distància de la lluna al seu planeta i l’eix y té la mida de la lluna. La zona grisa és on una sublluna de 10 km pot ser estable; les diferents línies representen mides diferents. Crèdit: adaptació de Kollmeir i Raymond
Resulta que no hi ha moltes llunes al sistema solar que puguin acollir una sublluna de mida decent (per exemple, 10 km). Per a alguns, l’esfera Hill es troba dins de la lluna (per exemple, amb una lluna de massa molt baixa que orbita prop d’un planeta massiu), o tan petita que no es pot aconseguir una òrbita estable.
Però n’han trobat diverses, i la llista és interessant: La nostra lluna (que sabíem pel que vaig mostrar més amunt), les llunes de Saturn, Tità i Iapet, i la lluna de Júpiter. Cal·listo . Tità és massiu i, per tant, pot aguantar-se contra Saturn, mentre Iapetus i Callisto estan prou allunyats dels seus planetes perquè les seves esferes de Hill siguin raonablement grans. La nostra Lluna és una barreja d’ambdues raons.
Iapetus és una lluna de Saturn i té una cresta de muntanyes molt estranya que rodeja tot el seu equador. Crèdit: Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA, NASA
Tan bon punt vaig llegir aquella part del seu paper, els cabells del coll em van aixecar. Iapetus té una enorme cresta de muntanyes que s’estenen literalment al voltant de la lluna al seu equador. No se sap com es va formar, però podria haver estat per una col·lisió a velocitat lenta amb un objecte més petit que es va trencar; els residus van envoltar la lluna i es van esfondrar al llarg de l'equador. La forma més fàcil perquè això succeís seria si Iapetus tingués una lluna petita i, finalment, la influència de Saturn (i / o la d’altres llunes que orbitessin al voltant del planeta) provocés que s’acostés massa a Iapetus. Llavors Roche va agafar el relleu.
Hmmmmm. No és una prova en absolut, però segur que és interessant.
Per tant, és cert que és possible que una lluna tingui una sublluna. Guai! Però si és així, per què no en veiem cap?
Bé, per una banda, alguns poden ser massa petits per veure-ho bé. Alguna cosa, per exemple, de deu metres de diàmetre seria bastant difícil de detectar la nostra òrbita pròpia Lluna, i menys Tità. Però segur que no en veiem de grans hauria ser visible i això és interessant.
El problema pot ser que no es pugui formar juntament amb la lluna i el planeta; el disc de gas i pols que gira al voltant d’una estrella de nadó pot ser massa caòtic perquè una sublluna es condensi fàcilment. És així possible per capturar un asteroide i convertir-lo en una sublluna, però això és molt difícil i és rar.
Dit d’una altra manera, si bé hi ha una regió al voltant d’una lluna on una sublluna és estable, pot ser que sigui massa difícil aconseguir una sublluna a la regió.
Però n’hi ha més. Amb el pas del temps, les marees d’un planeta afecten l’òrbita d’una lluna. Els detalls són complexos, però, per exemple, la nostra Lluna probablement es va formar molt a prop de la Terra i, durant milers de milions d’anys, ha retrocedit fins a la distància actual. Encara retrocedeix uns 4 centímetres a l’any.
Quan estigués realment a prop de la Terra, l’esfera de Moon's Hill hauria estat molt petita, fins i tot dins de la Lluna. Si aquest és el cas, no s’hauria pogut formar una sublluna. Quan es va allunyar prou de la Terra per tenir una gran esfera Hill, era massa tard.
En el cas de Saturn i Júpiter, les altres llunes que orbiten al voltant d’aquests planetes són força grans (Tità i Ganimedes tenen la mida de Mercuri!). També poden afectar les submeses, desestabilitzant-les. Pot ser per això que no veiem subllunes al nostre sistema solar.
Però això no vol dir que no existeixin. Al document de recerca, Kollmeier i Raymond mostren que el possible exomoon Kepler-1625b-I podria tenir una exosubmoon, inclosa una de mida decent (i Raymond també en parla en una publicació al bloc) . No és difícil imaginar situacions en altres sistemes estel·lars en què això també podria passar.
Què poètic! Una estrella alienígena, encerclada per un planeta alienígena, encerclada per una lluna alienígena, es va encerclar per una sublluna alienígena molt més petita però potser substancial. Llàstima que no tinguem una cosa així aquí, però és un univers gran.
I un divertit en què pensar.
El meu agraïment a Sean Raymond i Juna Kollmeier per la seva ajuda entusiasta amb un parell de preguntes que tenia sobre l'estabilitat de la submoon.
* Tingueu en compte que en aquest fil de Twitter anteriorment jo mateix sóc culpable d'utilitzar la lluna de lluna (tot i que en realitat faig servir exomoonmoon). Però això va ser per Twitter, on de vegades em deixava ser més ximple, a diferència d’aquí al bloc, on no és més que dignitat .
† Ja n’he escrit abans, concretament en referència a l’afirmació d’algunes persones que, tècnicament, la Lluna no gira al voltant de la Terra ( ho fa ) , i també en referència a Plutó és un planeta o no .
